硫化氢促进了废水生态系统中由质粒携带的抗生素抗性基因的水平传播

《Nature Water》：Hydrogen sulfide drives horizontal transfer of plasmid-borne antibiotic resistance genes in wastewater ecosystems

抗生素耐药基因（ARGs）通过水平基因转移传播，而污水中的氢硫磺（H?S）作为新型促进因子显著提升质粒RP4接合频率和宿主范围。研究揭示质粒编码蛋白Upf32.8（GlsS32.8）通过感应内源谷氨酰胺水平，激活质粒自主调控机制，劫持宿主代谢系统实现高效接合。进化分析表明GlsS32.8在IncP-1α质粒中高度保守，提示H?S富集环境可能成为ARG扩散新温床。

　　

摘要

抗生素抗性基因（ARGs）通过水平基因转移传播，对全球健康构成了严重威胁。虽然已知外源性压力因素会促进接合过程，但内源性微生物代谢产物的作用仍不明确。在本研究中，我们发现硫化氢（H₂S）——这种在废水中普遍存在的代谢产物——作为一种强大的、但被忽视的促进因素，能够增强质粒RP4的接合频率，并扩大其在废水微生物群中的受体范围。我们揭示了一种与经典SOS反应不同的质粒自主激活机制。具体而言，质粒RP4利用其编码的蛋白质Upf32.8（重新命名为GlsS32.8）来感知细胞内的谷氨酰胺水平，触发质粒的去抑制作用，并从宿主细胞中劫取以谷氨酰胺为中心的代谢物质，从而在硫化氢存在的情况下促进接合。值得注意的是，进化分析表明GlsS32.8在广泛存在的IncP-1α质粒中具有保守性，这凸显了在富含硫化氢的环境中ARG传播的普遍风险。我们的发现重新定义了微生物代谢产物在抗性传播中的关键作用，并为对抗ARG扩散提供了关于质粒-宿主相互作用的宝贵见解。