手性萘普生立体选择性促进生物膜中抗生素抗性基因水平转移的分子机制及环境风险

本研究揭示了非抗生素药物萘普生(NAP)的手性对映体在生物膜中促进抗生素抗性基因(ARGs)传播的立体选择性机制。通过宏基因组测序和分子对接技术，发现R-NAP较S-NAP能显著提高活性氧(ROS)水平、细胞膜通透性和IV型分泌系统(T4SS)基因丰度，促进Aquabacter属细菌中sul1基因的接合转移。该研究为环境污染物手性特征影响ARGs传播提供了新见解，对评估药物环境风险具有重要科学价值。

　　

抗生素耐药性已成为全球公共卫生的重大挑战，特别是在COVID-19大流行后，抗生素抗性基因（ARGs）的传播达到前所未有的水平。水生环境作为ARGs的重要储存库和传播枢纽，其中的生物膜因其高细胞密度和广泛的细胞间通讯，成为ARGs积累和扩散的理想场所。水平基因转移（HGT）是ARGs传播的关键机制，而环境污染物，尤其是非抗生素药物，被发现在此过程中扮演重要角色。

萘普生（NAP）作为一种广泛存在于水环境中的非甾体抗炎药（NSAID），其环境风险日益受到关注。值得注意的是，NAP存在两种手性对映体——S-NAP和R-NAP，它们在生物活性上存在显著差异。虽然S-NAP具有药理活性，但R-NAP在环境中通过手性转化积累，并表现出更强的生物毒性。然而，关于NAP对映体如何影响ARGs传播的立体选择性机制，特别是对复杂微生物群落中HGT的影响，仍知之甚少。

为解决这一问题，来自中国的研究团队在《Journal of Hazardous Materials》上发表了一项开创性研究。该研究系统比较了R-NAP和S-NAP对河流生物膜中ARGs传播的影响，揭示了手性NAP通过特定分子机制促进HGT的立体选择性效应。

研究采用了多项关键技术：宏基因组测序用于全面分析生物膜中ARGs的富集情况；分箱分析鉴定携带ARGs的细菌宿主；分子对接技术解析NAP对映体与HGT相关蛋白的立体选择性结合；qRT-PCR定量关键基因表达；以及ROS检测、膜通透性测定等生理学实验。

Variations in ARGs under stress from NAP enantiomers
通过宏基因组分析发现，与对照组相比，NAP处理显著增加了生物膜中ARGs的富集，其中R-NAP处理组总ARGs丰度增加4.31%，且主要富集β-内酰胺类、磺胺类和四环素类抗性基因。分箱分析显示，R-NAP选择性富集了Aquabacter等细菌属中的ARGs。

Molecular docking reveals stereoselective mechanisms
分子对接和qRT-PCR分析表明，R-NAP较S-NAP能更有效地与HGT相关蛋白结合，导致ROS产量增加1.53倍，细胞膜通透性提高18.20%，T4SS基因丰度上升1.93倍。这些变化促进了微生物聚集和DNA接合，特别是增强了Aquabacter属中sul1基因通过T4SS、双组分系统（TCS）和群体感应（QS）的协同作用进行转移。

Environmental Implications
该研究首次系统揭示了手性污染物对ARGs传播的立体选择性影响。R-NAP通过多重机制促进HGT的发现，为评估药物环境风险提供了新视角。研究强调在环境风险评估中需考虑污染物手性特征，对制定更精准的环境管理策略具有重要意义。

这项研究不仅填补了手性污染物与ARGs传播关系的研究空白，其发现的立体选择性分子机制也为开发抑制ARGs传播的靶向策略提供了理论依据。未来研究可进一步探索其他手性污染物的类似效应，以及开发基于手性识别的环境干预措施。