农田土壤中Suls抗性基因对磺胺类抗生素污染响应的构效关系及其机制

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    31760165
  • 项目类别:
    地区科学基金项目
  • 资助金额:
    37.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    C0310.污染生态学与恢复生态学
  • 结题年份:
    2021
  • 批准年份:
    2017
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2018-01-01 至2021-12-31

项目摘要

Antibiotics have been largely used in human and veterinary medicine, as well as in the feeding of domestic animals. Sulfonamides(SAs) are one of the most widely consumed classes of antibiotics in the world and have high potential to resist degradation in the farmland soil. Thus, SA resistance genes(Suls) can easily be induced in the soil bacterium by SAs, and Suls have been commonly detected in farmland soils in the last decade. In the field of toxicology and pharmacology, it is well known that the activity of SAs can be significantly affected by it’s chemical structure characteristics, and the relationship between activity with structure has been extensively investigated and was named as quantitative structure and activity relationship(QSAR) model. It is, however, unclear that whether chemical structures of SAs can affect the inductive characteristics of Suls in SAs contaminated farmland soil, and how the mechanism for the corresponding relationship. Due to the large structural diverseness in commercial used SAs, answering these questions is the key to accurately evaluate the ecological risk of SAs and Suls in farmland soil. To address these questions, the test system of SAs contaminated red soil will be developed in this project and the following tests will be performed. Firstly, Suls concentrations, the relationship between Suls concentrations with time and SAs concentrations will be determined. Using calculated structural parameters of SAs, the relationship between SAs and inductive Suls concentration in SAs contaminated soil will be modeled on the basis of QSAR approach. Secondly, to further reveal the mechanisms for developed relationship, the SAs environmental behavior, the inductive of Suls in bacterial by SAs as well as the horizontal transfer characteristics of Suls will be investigated using the technology of chromatographic detection, fluorescent quantization and molecular simulation. Based on above results and using multivariate linear regression analysis, the mechanisms for the relationship between SAs and inductive Suls concentration in SAs contaminated soil will be developed from the viewpoint of antibiotic residue, gene expression and gene transfer, respectively. It is clear that the results of this project will be helpful to accurately evaluate the ecological hazard of SAs and Suls in the farmland soil.
磺胺类抗生素(SAs)及其抗性基因(Suls)是农田土壤典型污染物,且Suls主要是通过SAs诱导土壤细菌产生并传播的。研究表明,SAs化学结构可显著影响SAs活性并已在毒理等领域被广泛证实,但SAs化学结构如何影响SAs污染土壤中Suls的响应特征,土壤Suls响应水平与SAs间的构效关系以及形成该构效关系的机制是什么?尚不清楚。为此,本项目构建SAs污染的农田土壤,以Suls的生成与转移过程为主线,测定Suls对SAs污染的响应特征,计算SAs结构参数并构建结构活性定量相关模型,以探明Suls响应水平与SAs的构效关系。在此基础上,运用色谱、分子模拟及荧光定量等技术,研究SAs土壤残留差异及其成因、SAs对Suls生成的影响差异及成因、SAs对Suls转移的影响差异及成因,揭示土壤Suls对SAs污染响应的构效关系机制。研究成果为准确评价农田土壤SAs及Suls的生态风险提供科学依据。

结项摘要

磺胺类抗生素(SAs)及其抗性基因(Suls)是农田土壤典型污染物,且Suls主要是通过SAs诱导土壤细菌产生并传播的。研究表明,SAs化学结构可显著影响SAs活性并已在毒理等领域被广泛证实,但SAs化学结构如何影响SAs污染土壤中Suls的响应特征,土壤Suls响应水平与SAs间的构效关系以及形成该构效关系的机制是什么?尚不清楚。为此,本项目构建SAs污染的农田土壤,以Suls的生成与转移过程为主线,测定Suls对SAs污染的响应特征。基于Suls随时间的变化特征曲线,首次构建了一个新参数(ΔAR)并采用QSAR模型进行验证。结果表明,构建的新参数可以用于准确定量评价土壤中ARGs随时间的消长特征,且可用于描述ARGs对不同种类抗生素的响应以及不同环境中ARGs对抗生素污染的响应特性。计算SAs结构参数并构建结构活性定量相关模型,Suls的消长主要与SAs的pKa、logKow、Ehomo和qH+结构参数相关。此外,探究了SAs在土壤中的环境行为,研究表明生物降解是SAs在红壤中消减中占主要贡献。为揭示SAs影响Suls消长的机制,测定了导致SAs抗性突变的关键基因(folP)的表达。结果表明,试验SAs可增加folP基因的表达,基于分子对接剖析了folP编码的蛋白二氢叶酸合成酶(DHPS)与SAs的结合方式,发现结合能存在差异。进一步地,基于新参数ΔAR构建了相关模型,发现生物有效性和促进整合转移相关的频率是导致土壤中Suls产生的主要原因。宏基因组测序结果表明,参与了磺胺类抗生素微生物降解的物种/功能主要包括Bradyrhizobium、Sphingomonas和Methyloferula,CAZy功能中的GT51、GH23和GT2,eggNOG功能中的S,KEGG功能中的 ko02024、ko02010、K01999和K03088;物种/功能共现网络结果表明,Suls可能与多种物种/功能相关,同时一种物种/功能也可能与多种Suls相关。研究成果为准确评价农田土壤SAs及Suls的生态风险提供科学依据。此外,课题组同时开展了典型固体废弃物生物炭及类石墨烯生物炭对SAs吸附的差异及其形成机制相关研究,这对于降低环境中抗生素的生态风险及人体健康效应均具有重要的科学意义和实践价值。

项目成果

期刊论文数量(10)
专著数量(0)
科研奖励数量(1)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
The mixture toxicity of heavy metals on Photobacterium phosphoreum and its modeling by ion characteristics-based QSAR
重金属混合物对发磷光杆菌的毒性及其基于离子特征的QSAR建模
  • DOI:
    10.1371/journal.pone.0226541
  • 发表时间:
    2019-12
  • 期刊:
    PloS one
  • 影响因子:
    3.7
  • 作者:
    Jianjun Zeng;Fen Chen;Mi Li;Ligui Wu;Huan Zhang;Xiaoming Zou
  • 通讯作者:
    Xiaoming Zou
锌对EBPR系统除磷性能的影响及其机制
  • DOI:
    10.11894/iwt.2019-0809
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    工业水处理
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    吴礼贵;邹小明;杨方社;龚锦程;黄浩;曾庆华;张传庭
  • 通讯作者:
    张传庭
Method to characterize color of biochar and its prediction with biochar yield as model property
以生物炭产量为模型属性的生物炭颜色表征方法及其预测
  • DOI:
    10.1007/s42773-021-00119-w
  • 发表时间:
    2021-09
  • 期刊:
    Biochar
  • 影响因子:
    12.7
  • 作者:
    Yuxing Fan;Yingying Xiong;Yingying Zhang;Zhangsong Jiang;Haihui Tang;Ligui Wu;Mi Li;Xiaoyu Xiao;Cui Hu;Xiaoming Zou
  • 通讯作者:
    Xiaoming Zou
Effects of antibiotics on enhanced biological phosphorus removal and its mechanisms
抗生素强化生物除磷效果及其机制
  • DOI:
    10.1016/j.scitotenv.2021.145571
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    Science of the Total Environment
  • 影响因子:
    9.8
  • 作者:
    Wu Ligui;Wei Quantao;Zhang Yingying;Fan Yuxing;Li Mi;Rong Lingling;Xiao Xiaoyu;Huang Xiangfeng;Zou Xiaoming
  • 通讯作者:
    Zou Xiaoming
Dissipation of Sulfonamides in Soil Emphasizing Taxonomy and Function of Microbiomes by Metagenomic Analysis
磺胺类药物在土壤中的消散,通过宏基因组分析强调微生物组的分类和功能
  • DOI:
    10.1021/acs.jafc.0c04496
  • 发表时间:
    2020-11-25
  • 期刊:
    JOURNAL OF AGRICULTURAL AND FOOD CHEMISTRY
  • 影响因子:
    6.1
  • 作者:
    Li, Mi;Rong, Lingling;Zou, Xiaoming
  • 通讯作者:
    Zou, Xiaoming

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    邹小明

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邹小明的其他基金

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AI项目解读示例

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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