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環(huán)境中的抗生素耐藥性問題愈發(fā)嚴峻。以往用于控制臨床環(huán)境中抗生素耐藥性的方法，在復雜的環(huán)境場景中往往難以發(fā)揮作用。雖然有研究嘗試通過添加銀納米顆粒、抗氧化微生物和生物炭等方式來控制耐藥性發(fā)展，但這些方法都存在各自的局限性，與此同時，氨基酸作為細菌代謝的重要參與者，并且隨著多組學的飛躍發(fā)展，科研人員都致力于探索其對細菌耐藥性演變的潛在影響。 今天，我們就帶大家深入解讀一篇細菌耐藥性研究的文章，由凌恩生物客戶浙江大學逯慧杰團隊發(fā)表在《Journal of Hazardous Materials》期刊，為大家探索氨基酸是否能夠減緩細菌在環(huán)境壓力下的耐藥性提供了新見解。
實驗思路：
研究結果： 1. 緩解耐藥性氨基酸的篩選 在篩選實驗中，脯氨酸、纈氨酸和蘇氨酸表現出提高細胞生長適應性的能力，其中脯氨酸效果最為顯著；脯氨酸對不同耐藥背景的細菌都有效，即便對于已經具有環(huán)丙沙星耐藥性的細菌，添加脯氨酸也能降低其耐藥性。
2. 脯氨酸緩解環(huán)丙沙星耐藥性產生的機制 通過對環(huán)丙沙星-脯氨酸共處理和單獨環(huán)丙沙星處理條件下的野生型大腸桿菌進行轉錄組測序分析，共檢測出89個差異表達基因，其中79個基因下調，10個基因上調，并對差異表達基因進行KEGG富集分析發(fā)現，下調基因主要集中在TCA循環(huán)、氧化磷酸化、丙酮酸代謝和脯氨酸代謝等途徑；上調基因主要涉及核黃素代謝和精氨酸生物合成途徑，明確了脯氨酸影響的關鍵代謝通路。進一步研究發(fā)現，脯氨酸通過降低TCA循環(huán)通量，減少NADH生成，進而降低質子動力勢，最終減少細菌對環(huán)丙沙星的攝取。這一系列變化有效降低了細菌的耐藥選擇壓力，減緩了耐藥性的發(fā)展。
3. 脯氨酸減少環(huán)丙沙星耐藥亞群的數量 對環(huán)丙沙星處理24天(D24C)和環(huán)丙沙星-脯氨酸共處理24天(D24C&P)的大腸桿菌進行單細胞RNA測序分析，分別得到5052和4631個有效細胞，將具有相似基因表達模式的細胞聚類在一起，共分為7個Cluster。添加脯氨酸后，可能的耐藥亞群（如Cluster 4 和Cluster 6）的比例顯著降低，且其中包含高表達的耐藥基因。表明脯氨酸能夠減少環(huán)丙沙星耐藥亞群在群體中的比例，揭示了脯氨酸在抑制環(huán)丙沙星耐藥性進化過程中的重要作用，為理解細菌耐藥性進化的復雜性提供了單細胞層面的證據。
4. 脯氨酸減緩土壤微生物對環(huán)丙沙星的耐藥性 通過土壤實驗，驗證添加不同脯氨酸濃度在實際環(huán)境中對降低抗生素耐藥性的有效性，探究在土壤微生物群落中的作用。 環(huán)丙沙星會使土壤微生物群落對其耐藥性在 28 天內升高 7.3 倍，而添加脯氨酸后，低、中、高濃度的脯氨酸分別使耐藥性降低 28.1%、37.9% 和 22.9%。同時，脯氨酸還減少了土壤中抗生素耐藥基因（ARGs）的富集，并且通過下調關鍵基因的表達，影響了土壤微生物的 TCA 循環(huán)、NADH 氧化和環(huán)丙沙星攝取過程。 脯氨酸對土壤微生物群落的多樣性也有積極影響。環(huán)丙沙星會降低土壤群落多樣性，而添加脯氨酸能夠緩解這種下降，中等濃度處理下的群落多樣性最好。表明脯氨酸在實際土壤環(huán)境中能有效減輕環(huán)丙沙星耐藥性發(fā)展，減少 ARGs 富集，且其作用機制具有一定的普遍性，為應對環(huán)境抗生素耐藥性問題提供了重要依據。
結論 本研究通過篩選18種氨基酸后發(fā)現脯氨酸能夠顯著緩解環(huán)丙沙星誘導的大腸桿菌耐藥性，并通過多種組學方法揭示其內在機制，發(fā)現脯氨酸通過降低 TCA 循環(huán)通量、減少 NADH 生成、削弱質子動力勢，進而減少抗生素攝取，并且降低了耐藥亞群比例，經過土壤實驗發(fā)現脯氨酸可減輕土壤微生物群落的耐藥性，降低 ARGs 豐度。為治理抗生素污染環(huán)境方面提供了應用價值。 凌恩 生物深耕多組學研究領域多年，致力于打造一流的多組學測序與分析服務！成熟的項目經驗搭配專業(yè)的分析流程，全方位解碼科研難題，助力你的研究之路一帆風順！想get文章同款思路的小伙伴，快點聯xi我們吧！ 參考文獻 Proline mitigates antibiotic resistance evolution induced by ciprofloxacin atenvironmental concentrations.Journal of Hazardous Materials,2025. |
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