京津冀典型地区再生水灌溉农田土壤抗生素抗性基因分布特征与演变模式

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    41877412
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    62.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    D0704.环境生物学
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2018
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2019-01-01 至2022-12-31

项目摘要

Widespread applications of antibiotics result in enrichment of antibiotic residues in wastewater which, as a consequence, accelerates the development of microbial antibiotic resistance. Release of these substances to the environment via reclaimed water irrigation or discharge causes high risks to environmental and public health due to potential emergence of antimicrobial resistance and spreading/propagation of antibiotic resistance-encoding genes (ARGs), typically in semi-arid region in Northern China. A key to the environmental dynamics of antibiotics and ARGs in soil is the spatiotemporally heterogeneous soil physical characteristics and the flickering aqueous network that foster chemical transportation, bacterial activity, and a variety of biophysical and genetic interactions. The interplay of these variables may define spheres of influence that shape antibiotic resistant bacteria (ARB) with respect to space, time, and numerous biophysical and genetic interactions that lead to potential mechanisms for the spatiotemporal dynamics and fate of antibiotic resistance populations in arable lands receiving wastewater irrigation, yet the underlying mechanisms remain unclear. Coupling experimental investigations and mathematical modelling, the goal of the project is attempt to increase our knowledge of the extent and abundance of typical (tetracyclines and β-lactams antibiotics) ARGs and ARB and their transmission mechanisms in reclaimed water irrigated arable lands, by linking soil porous structure properties, physics of small-scale water organization, and resulting diffusion patterns of nutrients and other chemical compounds with bacterial motility, growth, resistance genes transferring and numerous interactions. The targeted research area, Beijing–Tianjin–Hebei region, is among the five majority wastewater irrigation regions facing severe antibiotics pollution. The project foresees three interlinked subprojects that will provide the necessary foundation and synergy towards exploring the extent and origin of microbial antibiotic resistance and their dissemination dynamics and patterns, as well as the abundance and diversity of ARB and their transportation dynamics in arable lands receiving reclaimed water, which are essential for risks assessment and practical control protocols.
抗生素的大量使用导致抗性基因和抗生素残留在污水中富集、促进抗性基因向致病性细菌转移,引发严峻的公共健康和生态安全风险。再生水灌溉或污水处理厂二次出水的直接排放是其进入土体等环境的重要渠道,尤其在我国北方水资源缺乏地区。我国是世界上最大的抗生素使用国,由此引发的抗性基因污染形势严峻。然而,抗性基因在环境中的传播和扩散机制尚未明确,成为制约抗性基因污染引发的公共健康和生态安全风险的有效评估、以及潜在的安全防护和生态修复等理论和实践研究的瓶颈。本课题以京津冀典型地区接受再生水灌溉农田土壤为研究对象,综合利用高通量测序和多变量相关性分析等研究手段,探究再生水灌溉农田土壤中四环素类和β-内酰胺类等典型抗生素抗性基因的时空分布特征;并通过微观试验和土壤微生物过程计算机模型,从不同尺度解析抗性基因在土壤中的传播扩散过程机制,揭示抗生素抗性基因在京津冀典型地区再生水灌溉农田土壤中传播和扩散及演变模式。

结项摘要

土壤环境中抗生素抗性基因的传播和扩散容易引发严峻的公共健康和生态安全风险。本研究聚焦农田土壤微生物抗性基因的传播扩散规律与调控机制等关键科学问题,成功开发并创建了基于全息显微成像和荧光共聚焦显微成像等技术的土壤抗生素抗性细菌生物地球化学界面过程原位观测试验平台和计算机仿真模型模拟试验平台,并应用此模拟和试验系统研究揭示了土壤微观孔隙、水分和养分特征等关键环境因子及其动态变化对土壤微生物群落组成、细菌抗性基因水平迁移以及细菌群落结构演变的影响和调控机制。研究发现土壤环境中普遍存在的微观液滴蒸发产生的咖啡环效应能够显著增加细菌抗性基因的水平转移,而复杂微生物群落中细菌能够通过分泌胞外聚合物调节生物膜结构、进而影响种群之间的水平基因传递,同时,复杂土壤微生物群落中普遍存在的真菌菌丝结构能够为个体细菌及包含抗性基因的细菌质粒等提供适宜的运动与扩散传输通道,显著促进微生物种群的空间拓殖能力与水平基因转移效率以及提升微生物群落的空间自组织程度,进而优化了复杂微生物群落的多样性维持机制和种群演化模式;相关研究结果有助于进一步了解抗生素抗性基因在环境中的传播扩散,对预测其污染的危害程度、引起人们对抗生素抗性基因污染的重视有重要意义,同时对限制环境中抗生素抗性基因的水平转移,控制、降低其污染程度具有指导作用。以上研究成果共计发表了高水平研究论文 21 篇(其中包含中科院一区论文 4 篇和二区论文 3 篇),第一标注 13 篇、第二标注 5 篇、第三标注 2 篇、第四标注 1 篇;培养了研究生 5 名,其中,博士生 3 名、硕士生2名。

项目成果

期刊论文数量(18)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
一个东北农田黑土样品宏病毒组的初步分析
  • DOI:
    10.11766/trxb202104230215
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    土壤学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    阮楚晋;熊广州;牛欣尧;陈国炜;吴汉卿;马泽超;朱堃;刘莹;王钢
  • 通讯作者:
    王钢
Electrotaxis-mediated cell motility and nutrient availability determine Chlamydomonas microsphaera-surface interactions in bioelectrochemical systems.
趋电介导的细胞运动和营养可用性决定了生物电化学系统中衣藻微球表面的相互作用。
  • DOI:
    10.1016/j.bioelechem.2021.107989
  • 发表时间:
    2021-10
  • 期刊:
    Bioelectrochemistry
  • 影响因子:
    5
  • 作者:
    Chen Guowei;Hu Zhen;Ebrahimi Ali;Johnson David R;Wu Fazhu;Sun Yifeng;Shen Renhao;Liu Li;Wang Gang
  • 通讯作者:
    Wang Gang
Extracellular polymeric substances induced cell-surface interactions facilitate bacteria transport in saturated porous media
细胞外聚合物诱导的细胞表面相互作用促进细菌在饱和多孔介质中的运输
  • DOI:
    10.1016/j.ecoenv.2021.112291
  • 发表时间:
    2021-05-03
  • 期刊:
    ECOTOXICOLOGY AND ENVIRONMENTAL SAFETY
  • 影响因子:
    6.8
  • 作者:
    Du, Mengya;Wang, Lin;Wang, Gang
  • 通讯作者:
    Wang, Gang
基于知识图谱分析的土壤氮循环功能基因研究进展
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    土壤学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    吴汉卿;阮楚晋;万炜;李胜龙;裴丁仪;韩苗;陈国炜;刘莹;朱堃;王钢
  • 通讯作者:
    王钢
土壤细菌趋化性研究进展
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    土壤学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    朱晓艳;沈重阳;陈国炜;张伟;李保国;王钢
  • 通讯作者:
    王钢

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其他文献

High-Frequency Underwater Transducer
高频水下传感器
  • DOI:
    10.1080/00150193.2010.485828
  • 发表时间:
    2010-11
  • 期刊:
    Ferroelectrics
  • 影响因子:
    0.8
  • 作者:
    王丽坤;秦雷;王钢
  • 通讯作者:
    王钢
硫化氢通过ADAM17调节脂肪细胞中sFlt-1生成的实验研究
  • DOI:
    10.3760/cma.j.issn.1000-6699.2018.09.013
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    中华内分泌代谢杂志
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    胡天晓;王钢;谭擎缨;阮芸;王秀景;姚佳琦;许瑶;王静
  • 通讯作者:
    王静
采样频率对直流线路行波保护的影响
  • DOI:
    10.16081/j.issn.1006-6047.2016.05.015
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    电力自动化设备
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    舒兵成;李海锋;武霁阳;郑伟;王钢
  • 通讯作者:
    王钢
综合能源系统优化运行技术研究综述
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    电力建设
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    骆钊;刘德文;沈鑫;王钢;喻品钦;李钊
  • 通讯作者:
    李钊
急性胰腺炎肺损伤大鼠肺组织中Cav-1与水通道蛋白1、5的表达及清胰汤的治疗作用
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    中华医学杂志
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    任凤;陈海龙;李雅琼;李洁;王钢
  • 通讯作者:
    王钢

其他文献

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王钢的其他基金

土壤噬菌体‑细菌互作模式及其对土壤微生物多样性和群落结构的影响机制研究
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2022
  • 资助金额:
    55 万元
  • 项目类别:
    面上项目
吲哚-3-乙酸对断奶仔猪肠道炎症的缓解作用及其机制研究
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2022
  • 资助金额:
    30 万元
  • 项目类别:
基于微观水文-物理模型的土壤微生物多样性影响机制研究
  • 批准号:
    41401265
  • 批准年份:
    2014
  • 资助金额:
    26.0 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目

相似国自然基金

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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