2024-04-24
抗生素是指由微生物（包括细菌、真菌、放线菌属）或高等动植物在生活过程中所产生的具有抗病原体或其他活性的一类次级代谢产物，能干扰其他生活细胞发育功能的化学物质。其进入环境威胁着环境的生态安全，不仅影响人体健康，而且威胁动植物的新陈代谢和发育。合理利用高通量测序和多组学分析进行抗生素相关研究，快速、准确地获取微生物、动植物乃至人体的基因组、转录组和蛋白组等数据，通过多组学分析揭示抗生素在生物体内的作用机制、代谢途径以及可能产生的副作用。这不仅有助于我们深入理解抗生素的生物学效应，还能够为抗生素的优化使用、新药研发以及环境保护提供有力的科学支撑。
抗生素研究目的 1.了解抗生素的作用机制 深入了解其如何与微生物细胞内的特定靶点相互作用，从而抑制或杀死病原体，有助于更精准地设计新的抗生素，避免产生耐药性。 2.探究抗生素的副作用 长期使用抗生素可能会导致一系列副作用，如肠道菌群失衡、过敏反应等。研究抗生素的副作用有助于我们更好地评估其风险，并制定相应的预防和处理措施。 3.研究抗生素的耐药性机制 随着抗生素的广泛使用，微生物逐渐发展出对抗生素的抵抗能力。研究抗生素耐药性的机制，有助于我们理解这一过程，从而制定有效的应对策略，如开发新型抗生素或改进现有的治疗方法。
多组学研究思路 1.基因组学： 利用基因测序技术，对耐药菌株的基因组进行基因组组装和变异检测，得到高质量基因组和基因组层面的突变位点。同时，基因组学分析还可以揭示耐药菌株的进化关系。 2.微生物组学 微生物多样性，宏基因组，宏转录组分析得到物种信息﹑基因信息，进一步挖掘与抗生素相关的基因和代谢途径，这为发现新型抗生素提供了丰富的资源。 3.转录组学 转录组学可用于研究耐药菌株在抗生素作用下的基因表达变化。通过分析差异表达基因，了解耐药菌株在应对抗生素压力时的转录调控机制，从而揭示耐药性的形成过程。 4.蛋白质组学 蛋白质组学技术可以鉴定耐药菌株中的蛋白质表达谱，特别是与抗生素靶点相关的蛋白质。通过比较不同耐药菌株之间的蛋白质差异，可以发现新的耐药机制或靶点。 5.代谢组学 抗生素代谢组研究主要聚焦于抗生素在生物体内的代谢途径、代谢产物及其变化规律。其目的在于揭示抗生素与生物体内其他代谢物质的相互作用，进而理解抗生素的药效、副作用以及耐药性的形成机制。
多组学案例分享 案例1 文章题目： Disparate toxicity mechanisms of parabens with different alkyl chain length in freshwater biofilms: Ecological hazards associated with antibiotic resistome 宏基因组揭示对羟基苯甲酸在淡水微生物的毒性机制和抗性耐药！ 期刊：Science of the Total Environment 影响因子：9.8 技术手段：宏基因组测序、抗生素暴露实验、化学结构预测分析 研究内容： 这项研究首次为淡水生物膜中结构依赖性对羟基苯甲酸酯毒性提供了理论和实验室证据。研究结果揭示了不同烷基链对羟基苯甲酸酯的毒性机制，发现了烷基链长度会影响对羟基苯甲酸酯的疏水性，并最终改变其细胞分布和毒性作用。具有较长烷基链的BuP更可能停留在细胞膜中，并通过与磷脂的非共价相互作用改变膜通透性，从而导致细胞坏死。烷基链较短的MeP优先进入细胞质，通过与生物大分子发生化学反应影响mazE基因表达，从而引发细胞凋亡。此外，尽管MeP的致死率低于BuP，但它可能对ARG的可转移性产生更大的影响，并诱发更严重的与抗生素耐药组相关的生态危害。总体而言，这项研究对于了解对羟基苯甲酸酯毒性机制的结构依赖性具有重要意义，并且该研究成果可能用作其他具有直链烷基链的对羟基苯甲酸酯的预测，从而为开发更优质和更安全的对羟基苯甲酸酯产品配方提供新的见解。 研究路线： 结果展示： 案例2 文章题目： Multi-omics analysis reveals the influence of tetracycline on the growth of ryegrass root 多组学分析揭示了四环素对黑麦草根系生长的影响 期刊：Journal of Hazardous Materials 影响因子：13.6 技术手段：转录组、蛋白组、代谢组 研究内容： 抗生素可以抑制微生物的生长和繁殖，以治疗疾病和感染。抗生素进入环境威胁着动物、植物和环境的生态安全。抗生素不仅影响人体健康，而且威胁植物和动物的新陈代谢和发育。在我们之前的研究中，四环素抑制黑麦草和小麦的细胞生长，降低叶绿素和类胡萝卜素含量，增加ROS和丙二醛的产生。 为了探讨了四环素对黑麦草的毒性作用机制，本研究通过对黑麦草进行四环素胁迫，并结合转录组、蛋白质组和代谢组技术揭示了四环素胁迫背后的生命结构。确定了四环素对次生代谢、脂质代谢、氨基酸代谢和碳水化合物代谢的影响，并确定了类黄酮代谢是响应四环素的关键成分。以上研究为四环素胁迫下黑麦草根系的许多细胞过程提供了全面的数据集。 研究路线： 结果展示： 案例3 文章题目： Genetic Characteristics and Microbiological Profile of Hypermucoviscous Multidrug-Resistant Klebsiella variicola Coproducing IMP-4 and NDM-1 Carbapenemases 细菌完成图助力探究高黏液性多重耐药变栖克雷伯菌的遗传特性和微生物学特征！ 期刊：Microbiology Spectrum 影响因子：3.7 技术手段：细菌基因组完成图测序、MLST分析、致病毒力因子分析、抗性基因分析和质粒遗传背景图分析等 研究内容： 肺炎克雷伯菌对碳青霉烯酶耐药对全世界的人类健康构成严重威胁，主要由碳青霉烯酶的传播驱动，碳青霉烯酶主要由肺炎克雷伯菌碳青霉烯酶(KPC)、新德里金属-β-内酰胺酶(NDM)和亚胺培讷酶(IMP)组成。变栖克雷伯菌是肺炎克雷伯菌复合物的一个亚群，是一种共生细菌，能够在植物、动物和人类中定殖。然而，由于最近被认为是血液和尿路感染的原因，它被认为是人类的一种新兴病原体。与肺炎克雷伯菌相比，变栖克雷伯分离株通常表现出较低的抗生素耐药性。尽管在世界范围内有越来越多的报道，但对变栖克雷伯菌作为人类感染因子的研究仍旧很少。本研究首次报道了从中国儿科患者身上分离得到一株独特的变栖克雷伯菌，该分离株具有典型的肺炎克雷伯菌特征超粘性，并含有多个碳青霉烯类耐药基因，且这些耐药基因位于一个新的杂交质粒上，研究表明该质粒可能是从克雷伯菌中引入并经历了一系列的整合和重组进化事件。 研究路线： 结果展示：
