AHLs对抗生素胁迫下厌氧发酵中甲烷/氮代谢的调节作用
作者单位：国家兽药安全性评价(环境)实验室(HZAU) 国家兽药残留基准实验室(HZAU) 华中农业大学动物医学院 国家兽药安全性评价实验室(SCAU)
会议名称：《中国毒理学会第十次全国毒理学大会》
会议日期：2023年
学科分类：081703[工学-生物化工] 07[理学] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 0713[理学-生态学]
摘 要：目的环境中抗生素残留物可严重影响功能微生物群落。厌氧环境中的微生物群落在氮和碳循环中发挥着重要作用。微生物群落借助群体感应表现出复杂环境适应性。本实验中,我们研究了AHLs在厌氧环境中调节微生物氮和碳循环对抗生素的反应,并推测AHLs的关键调节途径,为修复环境提供新思路。材料方法本实验采用实验室独立设计小型厌氧发酵罐。模型设置空白对照组(CK组)、土霉素(OTC)组(OT组OTC 10.0 mg/L)和AHLs附加组(HO组OTC 10.0 mg/L+AHLs:500 nmol/L)。将产生气体收集并量化,测量发酵产物理化指标。高效液相色谱串联质谱法检测AHLs含量。通过宏基因组分析功能基因结构差异特征,探究差异变化中的重要枢纽基因,推测AHLs调节的关键调控通路,注释样品中重组菌株基因组,为关键调控通路的预测提供证据。结果整个厌氧发酵过程中,CK组的累积产气量低于其他两组。在第20天,HO组总碳消耗比例高于OT组。加药前样品中,AHLs在三组检测到了相近的微量浓度。OT组C8-HSL、C10-HSL对土霉素添加产生响应。样品中,反硝化更容易受到OTC/AHL的影响。硝酸还原酶,硝酸盐/亚硝酸盐还原酶对OTC/AHLs敏感。甲烷代谢通路对抗生素和AHLs比较敏感,甲基辅酶M还原酶是OTC/AHLs的主要响应者。构建结构方程可知,OTC/AHLs是氮/甲烷代谢基因结构的主要影响因素。模型中共同枢纽基因注释到生物膜形成相关系统,其中起到决策作用的多个通路可被AHLs所调控。从样品中获取的重组基因组同时注释到群体感应、生物膜形成和碳氮代谢。结论本论文一定程度证实了AHLs对厌氧微生物抗生素响应可能具备的调控作用,AHLs减弱了抗生素对部分功能菌群的抑制作用。在刚受到抗生素污染的环境中微生物群落可能借助AHLs类群体感应缓解抗生素产生的影响。厌氧条件下AHLs可能通过调控谷氨酸代谢酶或硝态氮/亚硝态氮转运蛋白来影响抗生素胁迫下功能菌群的改变。借助AHLs调控微生物氮循环能够进一步优化利用畜禽养殖业高抗粪污厌氧发酵产能。生物膜形成、甲基化趋化蛋白和鞭毛合成可能是AHLs调控作用的主要影响通路,这些通路都与生物膜的定植和增殖过程相关。可进一步借助AHLs调控机制为利用生物絮膜污水系统处理高抗污水提供指导。