水環境中四環素抗性基因的研究進展

摘 要：四環素是一種廣譜性抗生素，自問世以來，被廣泛用于抑制細菌感染及養殖業中促進動物生長。而在水體環境中普遍檢測到耐四環素的細菌和抗性基因，使水體環境成為四環素抗性基因的儲存庫和傳播介質。文章就目前國內外關于水環境四環素抗性基因的研究現狀做以總結，并在此基礎上指明下一步研究需要關注的問題。

關鍵詞：四環素；四環素抗性基因；水環境；耐藥菌株

引言

四環素是一種廣譜性抗生素，通過結合于30s核糖體并抑制氨酰tRNA進入mRNA的核糖體復合物的受體位點，從而最終抑制微生物體內蛋白質的合成，對革蘭氏陽性和革蘭陰性菌都具有抑制作用。因其具有廣譜抗菌活性，被用于治療細菌感染和畜牧業中作為添加劑促進動物生長。

環境中的四環素污染物可誘導細菌產生四環素抗性基因tet，并使染色體基因發生突變的抗性菌株被選擇保留下來。相反，某些抗性機制還可以對抗性菌株提供更高適應度的補償，使其比敏感菌能更好的在于環境中維持。另外，由于四環素基因位于可移動的遺傳結構，使得四環素耐藥性細菌的迅速蔓延，四環素抗性基因在不同細菌種群間傳播。

目前，四環素抗性基因頻繁的從不同水體環境中被檢測出來，因此已作為控制自然環境中抗性基因的一個關鍵決定因素。對ARGs研究最多的也是四環素抗性基因，文章就國內外研究的最新成果做以綜述，并在此基礎上指出了下一步還需要解決的問題。

1 水環境中四環素抗性基因研究現狀

1.1 四環素抗性基因的種類及耐藥機制

迄今為止，已從不同的細菌中檢測出了至少有38種四環素抗性基因，其中23種四環素抗性基因編碼外排蛋白，可將四環素排出細胞外，從而降低細胞內藥物濃度起到保護作用，如tetA、tetB、tetC、tetD、tetE、tetG、tetH、tetJ、tetK、tetL、tetV、tetY、tetZ、tetA/P等；11種四環素抗性基因編碼核糖體保護蛋白，保護蛋白與核糖體結合引起核糖體構型改變，使四環素不能與其結合，如tetM、tetO、tetQ、tetS、tetT、tetW、tetB/P等；3種基因能抑制酶活性，如tetX等；1種基因的抗性機制目前尚不清楚，如tetU。在這幾種抗性機制中，外排泵蛋白和核糖體的保護的蛋白質（RPPs）占主要機制。

目前至少有22種tet基因從水環境中分離出的細菌中被檢測出，大部分的基因能編碼運輸蛋白，將抗生素從細菌細胞中排出使細胞間的四環素濃度降低，維持核糖體正常運行。許多四環素基因位于染色體非移動的質粒或者不完整的轉座子上，但一些編碼外排酶和核糖體保護的基因仍具有一個廣泛的宿主范圍，并已發現存在于包括革蘭氏陽性菌和革蘭氏陰性菌的環境細菌中[5]。

1.2 水環境四環素抗性基因的來源

當前對于水環境四環素抗性基因的研究主要關注于地表水體和養殖廢水。這是由于四環素具有抑菌和促進動物生長的作用而被用于醫療和養殖行業，但其卻不易被人體或動物吸收，大部分隨著尿液、糞便最終進入水環境中。因此，四環素對水環境的污染首當其沖。

污水處理廠是抗生素抗性基因在水生細菌之間發生水平基因轉移的高發區。雖然一些處理設施能夠顯著地降低某些四環素抗性基因，但是出水中的濃度仍然很高。因此，從污水處理廠不斷排出的抗性基因的是導致自然背景水環境中抗性基因增加的一個很重要的外部來源。

1.3 水環境中四環素抗性基因的污染現狀

四環素的長期過度使用，使水體環境成為耐四環素細菌和四環素抗性基因的儲存庫。據報道，目前已經在不同的水環境介質中——地表水體、污水處理廠及養殖場等均檢測出耐四環素的細菌與tet基因，由此反應出因tet抗性基因造成了水環境的健康風險問題。Zhang[1]等從江蘇不同的水體環境中檢測出tetC和tetA，而且tetA、tetC在這些水體環境中的分布甚廣，且河流流經南京市后tetA、tetC顯著提高，這可能是由于人類活動的干擾而造成。

隨著微生物的進化及研究的深入，研究者發現，細菌對四環素的抗性基因已由單一基因逐漸發展為含有多重抗性基因，使其對四環素的抗性進一步加強。例如，Ran[2]等從珠江分離出的58株耐四環素腸桿菌，其中55%的菌株攜帶單一的tet基因，28%的菌株同時含有兩種不同的tet基因。

縱觀當前的研究結果可以看出，在不同環境介質中四環素抗性基因的分布和豐度卻有很大的差別。何基兵等[3]研究發現ARGs檢出率在活性污泥中最高，其次為沉積物樣品，表層水體中最低，除tetO和tetS外，其他11種基因均被檢出，tetB、tetQ和tetT在沉積物樣品和表層水體中均沒有檢測出。造成tet分布不同的原因可能是活性污泥中存在的大量微生物為ARGs在菌群間傳播提供了天然場所，抗生素在沉積物中累積加強了環境選擇壓力，使得沉積物中的ARGs穩定存在。

2 需要解決的問題以及今后的研究重點

目前，有關四環素抗性基因的研究報道居于多數，但仍存在以下幾個方面的問題：

（1）雖然眾多的研究反應了四環素的長期濫用是導致tet基因產生的主要起因，然而截至目前為止并沒有建立水環境中四環素的濃度與耐四環素細菌密度的數學模式，該模式的建立有助于定量分析四環素對tet基因的影響。

（2）因抗生素抗性基因導致的對抗生素有抗性的病原體的傳播是本世紀對人類健康生活最嚴重的威脅之一。但是目前的研究很少真正直觀的立足于與人類關系更為密切的病原菌中的四環素抗性基因，大多數情況仍是將二者分開研究，并沒有真正反映出含有tet基因的病原菌對公眾健康構成的威脅。

（3）目前對于廢水的處理借助于污水處理廠，而污水處理廠的最終出水中仍還有較高濃度的抗性細菌及tet基因，是受納水體中抗性細菌及tet基因的來源，因此加強對污水中抗性細菌及tet基因去除的科學研究是非常必要的。

參考文獻

[1]Xuxiang Zhang，Bing Wu，Yan Zhang，Tong Zhang，Liuyan Yang，Herbert H. P. Fang，Tim Ford，Shupei Cheng.Class 1 integronase gene and tetracycline resistance genes tetA andtetC in different water environments of Jiangsu Province， China[J].Ecotoxicology，

2009，18：652-660.

[2]Ran Tao，Guang-Guo Ying，Hao-Chang Su，Hong-Wei Zhou，Jatinder P.S.Sidhu.Detection of antibiotic resistance and tetracycline resistance genes in Enterobacteriaceae isolated from the Pearl rivers in South China[J].Environment Pollution，2010，158：2101-2109.

[3]何基兵，胡安誼，陳猛，等.九龍江河口及廈門污水處理設施抗生素抗性基因污染分析[J].微生物學通報，2012，39（5）：683-695.