基于群體感應(yīng)信號分子的抗菌劑對發(fā)光菌毒性的影響機(jī)制及預(yù)測模型.pdf

1、抗生素作為一種廣譜性抗菌藥物被廣泛應(yīng)用于醫(yī)療、畜牧業(yè)、養(yǎng)殖業(yè)等領(lǐng)域。然而，由于抗生素濫用及含抗生素廢棄物的不合理處置，使環(huán)境中抗生素分布范圍廣度與環(huán)境范圍濃度均日益提高。由于抗生素具有低劑量、持久性等一系列暴露特征，引發(fā)的抗性基因的產(chǎn)生給人類生存環(huán)境帶來威脅，因而尋求抗生素替代品的需求日益迫切。隨著抗生素替代品的提出及研究，如群體感應(yīng)抑制劑(Quorum Sensing Inhibitor，QSIs)，作為抗生素替代品被廣泛研究，或與抗

2、生素聯(lián)合運(yùn)用于醫(yī)療，可以預(yù)期在環(huán)境中，QSIs將與抗生素共存。然而，針對現(xiàn)階段研究提出的群體感應(yīng)抑制劑作為抗生素替代品的方案，其環(huán)境效應(yīng)與環(huán)境生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)影響等尚不明確。Vibrio fischeri作為一種生活在廣闊海洋中的發(fā)光細(xì)菌，其產(chǎn)生的細(xì)菌群體感應(yīng)信號分子C6(N-(3-oxo-hexanoyl)-L-Homoserine lactone)、C8(N-octanoyl-homoserine lactone)在環(huán)境中也存在相應(yīng)分布，但

3、是目前為止，對于環(huán)境中存在的C6、C8信號分子對抗菌劑作用于發(fā)光菌時的生物效應(yīng)的影響的研究仍然很少。
　　交叉現(xiàn)象是指根據(jù)單一污染物毒性試驗(yàn)數(shù)據(jù)用現(xiàn)有模型預(yù)測的劑量效應(yīng)曲線與實(shí)驗(yàn)獲得的污染物聯(lián)合作用劑量效應(yīng)曲線之間存在交點(diǎn)（一個或者多個）的現(xiàn)象，可為判別化合物之間的聯(lián)合作用類型提供很好的依據(jù)，近年來被廣泛研究。然而目前為止，交叉現(xiàn)象出現(xiàn)的機(jī)制尚不明確。
　　本文以Vibrio fischeri為模式生物，磺胺類抗生素SMP、

4、群體感應(yīng)抑制劑類C30和群體感應(yīng)信號分子C6、C8為研究對象，測定了C6、C8對抗生素和群體感應(yīng)抑制劑單一和聯(lián)合毒性效應(yīng)（0-24h）及其基于IA模型的交叉現(xiàn)象的影響。
　　研究發(fā)現(xiàn)：
　　(1)信號分子C6對SMP、C30單一和聯(lián)合作用于發(fā)光菌時的毒性效應(yīng)有抑制作用，這是因?yàn)镃6可與LuxR蛋白結(jié)合，啟動luxICDABEG的表達(dá)，因而促進(jìn)發(fā)光菌的發(fā)光。
　　(2)低濃度的C8對SMP、C30單一和聯(lián)合作用于發(fā)光菌時

5、的毒性效應(yīng)為抑制，高濃度的C8對SMP、C30單一和聯(lián)合作用于發(fā)光菌時的毒性效應(yīng)在0-12 h為抑制，13-24 h為促進(jìn)，這是因?yàn)殡S著細(xì)菌自身分泌的C6增多，外源C8會跟C6競爭結(jié)合LuxR蛋白，使C6對發(fā)光菌的刺激作用減小。
　　(3)C6會使SMP、C30聯(lián)合作用于發(fā)光菌時出現(xiàn)交叉現(xiàn)象的濃度點(diǎn)增大，而C8使SMP、C30聯(lián)合作用于發(fā)光菌時出現(xiàn)交叉現(xiàn)象的濃度點(diǎn)減小，這是因?yàn)镃6、C8屬于發(fā)光菌的兩條不同的群體感應(yīng)系統(tǒng)，C6屬于

6、LuxI/LuxR系統(tǒng)，C8屬于AinS/AinR系統(tǒng)，在群體感應(yīng)系統(tǒng)中C6比C8先發(fā)揮作用，而C8很大一部分作用是當(dāng)C6濃度不足時，作為補(bǔ)充與LuxR蛋白結(jié)合，從而C6有使SMP+C30的聯(lián)合毒性表現(xiàn)為拮抗的傾向，而C8有使SMP+C30聯(lián)合毒性表現(xiàn)為協(xié)同的傾向。
　　另外，面對當(dāng)今污染物復(fù)雜多樣、長時間暴露的嚴(yán)重情形，開展慢性毒性的研究就變得至關(guān)重要，然而目前對于急慢性毒性預(yù)測模型的研究大都為經(jīng)驗(yàn)的選擇，缺少基于急性與慢性毒性

7、作用機(jī)制比較的理論依據(jù)，因此本文采用LitR蛋白的Ebinding與Ka/Kc擬合的方法，建立了不同化合物同一個QSAR的從急性毒性預(yù)測慢性毒性的模型。研究發(fā)現(xiàn)，LitR與靶蛋白之間有很好的相關(guān)性，這使得運(yùn)用LitR的Ebinding代替靶蛋白的Ebinding與logKc/Ka進(jìn)行擬合有了可行性。
　　本文的研究結(jié)果不僅為抗菌劑聯(lián)合作用的生態(tài)毒理評估和環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)提供理論依據(jù)，而且還為交叉現(xiàn)象形成機(jī)制的進(jìn)一步探索提供數(shù)據(jù)支撐和理