细菌耐药性的发展已成为抗感染治疗面临的一个严重问题，理解耐药性产生的机制对于控制耐药性的发展具有重要意义。抗生素是抗性发展的重要驱动力。在环境中，微生物群落比较复杂，水平转移被认为是环境微生物群落抗性发展的重要机制。水平转移的途径主要有三种，接合、转导、以及胞外DNA的转化。移动遗传元件在抗性基因的水平转移中起到了关键作用，包括质粒、转座子、整合子等。本课题组前期的工作发现土霉素污染的环境中细菌会产生耐药性，甚至多重耐药性。然而，在逐渐升高的抗生素压力下细菌群落抗性传播的机制还未见系统报道。

      本论文考察了模拟土霉素生产废水处理系统中高土霉素压力下质粒抗性组的特征，并分析了从系统六个土霉素浓度 (土霉素在进水中：0、0.1、1、5、25、50 mg/L) 处理阶段筛选的细菌的群落结构和抗性特征，在此基础上系统分析了逐渐升高的土霉素压力下气单胞菌抗性获得的机制，主要取得以下成果：

     (1) 在高浓度土霉素选择压力下（土霉素在进水中的浓度：25 mg/L），质粒组中共检测到72种抗性基因，对13类抗生素具有抗性，其中四环素类、氨基糖苷类、磺胺类、β-内酰胺类、氯霉素类、利福平类抗性基因和多药抗性基因在OTC-25质粒组中得到富集。表明环境中高浓度土霉素选择压力可能会造成质粒的多抗。此外，OTC-25质粒组中发现17个多重耐药性的contigs，而在对照质粒组（土霉素在进水中的浓度：0 mg/L）仅检测到9个。质粒pFBAOT6可能是OTC-25质粒组中的优势质粒；contig C301682携带四环素抗性基因tet(36)和质粒骨架基因，contig C301632携带多药抗性操纵子mexCD-oprJ和质粒骨架基因，可能存在于未报道的新质粒上。对抗性质粒的宿主分析发现，气单胞菌属可能是这些抗性质粒的重要宿主。

     (2) 通过筛菌的方法对模拟土霉素生产废水处理系统中六个土霉素处理阶段的细菌群落结构进行了研究，发现Proteobacteria (54.6%) 门细菌类群可能被长期的土霉素暴露所选择，其中Aeromonas是该门中的优势属。86株从系统中筛选到的Aeromonas菌对土霉素的耐药性随着土霉素压力的升高而显著增强。tet(E)、tet(31)、tet(C)和tet(A) 基因分别在63株、17株、11株和1株Aeromonas菌中检出。tet(E) 基因在六种Aeromonas菌中被检出，且携带该基因的菌均显示土霉素抗性，表明在土霉素压力下tet(E) 基因被选择并可能发生了水平转移。tet(31) 基因仅在A. caviae中检出；tet(C) 和tet(A) 基因仅在A. media中检出。

     (3) 全基因组测序分析表明tet(E) 基因共存在于4种移动遗传元件上，其中两种在染色体上插入，一种由位点特异性整合酶整合到染色体上，另一种通过Tn3家族的转座子Tn6433整合到染色体上；另外两种由两个接合质粒pAeca1-a及pAeca2携带，并且是与在染色体上发现Tn3家族的转座子高度同源的转座子Tn6434和Tn6514的组成部分。对三个Tn3家族的转座子的序列进行分析，发现它们拥有相似度大于99%转座酶tnpA和解离酶tnpR基因，以及相似的乘客基因，表明它们可能是从同一个转座子进化而来。在低浓度土霉素选择压力下，Aeromonas菌可能通过位点特异性整合酶的整合作用获得tet(E) 基因，这种水平转移方式在低浓度土霉素压力下占主导 (34.0%)；在高浓度土霉素压力下该传播方式的仍然占据很高比例 (44.4%)，说明以这种方式插入染色体的片段在染色体中很稳定，不容易发生丢失。在高浓度土霉素选择压力下，质粒pAeca1-a及其变体携带的tet(E)基因的水平转移在该基因的传播中占主导 (61.1%)。携带tet(E) 基因的Tn3家族的转座子在高浓度土霉素压力下显著升高，由14.0%上升到75.0%，说明该转座子在tet(E) 基因的传播中可能起到了关键作用。

     (4) 全基因组测序的结果说明tet(31) 基因位于A. caviae的染色体上，由ISCR2相关的转座子Tn6432携带，同时PCR方法进一步确认了在其余15株A. caviae上tet(31) 基因也由转座子Tn6432携带。Tn6432与另一种新型转座子Tn6431共线，位于整合接合元件(ICE) ICE-like元件上，增强了tet(31)基因在细菌间的传播潜力。序列的比较分析发现，与Tn6432同源的ISCR2-?phzF-tetR(31)-tet(31)-?glmM-sul2基因单元在细菌Aeromonas salmonicida、Gallibacterium anatis和Oblitimonas alkaliphila的基因组中也发现了，说明该基因单元可能在不同种属之间发生了转移。tet(C)基因位于A. media携带的一个新质粒pAeme2上，由IS26相关的复合转座子携带。tet(A) 基因位于A. media的染色体的上，由与携带tet(E) 基因的Tn3家族的转座子高度同源的转座子Tn6515携带。

    上述成果对于深入认识高抗生素压力下水环境中抗性基因的转移机制提供了科学基础。