抗生素和抗菌肽耐药大肠杆菌的适应性代价及交互敏感性研究

作     者：王德娟 

作者单位：扬州大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王志强;刘源

授予年度：2023年

学科分类：090601[农学-基础兽医学] 09[农学] 0906[农学-兽医学] 

主      题：抗生素 抗菌肽 适应性代价 交互敏感性 

摘      要：细菌耐药性的形成和快速传播严重削弱了抗生素的临床有效性,给感染性疾病的防治带了巨大挑战。迫切需要研发新型抗生素或抗生素替代物去应对耐药病原菌。近年来,抗菌肽类化合物由于抗菌活性好、不易产生耐药性等优点成为有潜力的抗生素替代品之一。耐药性的出现通常被认为是病原体进化的必然过程,且耐药性的获得往往伴随着适应性代价的产生,这使得耐药菌在抗生素选择压力消失时很快从群体中被清除。然而,这些规律是否适用于抗菌肽类化合物还不清楚。此外,研究表明细菌在进化出对抗菌药物耐药性的同时,对其他一种或几种抗菌药物变得更加敏感,这种现象称为交互敏感性(collateral sensitivity,CS),这为临床耐药菌感染治疗提供了新的思路。基于此,本研究以大肠杆菌MG1655为模式菌,通过在亚抑菌浓度下连续传代探究了 10种抗菌肽和8种抗生素中的耐药性演变差异及规律,全面比较了两种耐药性的适应性代价,并探索了具有交互敏感性的药物组合。首先,为了探究抗生素与抗菌肽发生耐药性演变的差异及规律,我们选用大肠杆菌MG1655在亚抑菌药物浓度下进行了为期60天的连续传代培养。结果表明,相对于抗生素,抗菌肽更不容易产生耐药性,大多数抗菌肽传代菌株在进行了 60天的传代后相对于原代菌株最小抑菌浓度(Minimal inhibitory concentration,MIC)仍保持不变。通过比较发现,相对不易产生耐药性的抗菌肽往往含有较少的极性和带正电荷的氨基酸,并显示出更强的亲水性。但是通过单核苷酸多态性(Single nucleotide polymorphism,SNP)分析发现,MIC值没有发生变化的抗菌肽传代菌株仍伴有SNP的产生。我们推测,亚抑菌浓度抗菌肽的连续刺激虽然没有使细菌的MIC值发生变化,但仍对细菌本身产生了重要影响。此外,我们发现抗生素和抗菌肽传代菌株不同单克隆之间的耐药水平高度一致,表明这些传代菌株在药物选择压力下可以稳定进化并遗传。随后,通过在不同营养水平培养基中的生长曲线的测定、生物被膜形成能力比较、运动性比较、毒力比较和抗氧化能力的比较等技术方法,对抗生素和抗菌肽传代菌株的适应性代价进行了全面分析。结果表明,耐药菌株在面对不同的评价指标时,适应性代价的变化趋势并不完全一致,且在抗生素耐药菌中表现出更大的差异。而没有产生耐药性的抗菌肽传代菌株仍伴随有代价的产生。总体而言,抗菌肽传代菌株除在低营养水平培养基中的生长情况和运动性强于抗生素传代菌株,在其余情况下与抗生素传代菌株适应性代价水平无显著性差异。最后,我们通过MIC分析、细菌生长曲线、杀菌曲线测定、抑菌圈测定和大蜡螟存活率分析发现了 9对具有交互敏感性的药物组合,分别为CHL80-NIT、KAN80-CHL、TMP30-NIT、TMP30-CIP、COL120-AZI、AMP120-SLAP、CHL80-LI、KAN80-Ind和TMP30-Pex。而且我们发现,适应性代价更大的抗生素耐药菌株往往更容易产生交互敏感性。综上所述,本研究发现相较于抗生素,抗菌肽更不容易产生耐药性,且抗菌肽连续刺激后的细菌伴随着适应性代价的产生。此外,我们也发现多种抗生素耐药菌对抗菌肽表现出交互敏感性。这些研究发现为指导抗菌肽的临床应用提供了理论基础,并从交互敏感性角度为抗生素耐药菌感染提供了新的治疗方案。