抗生素的大量使用以及持续性排放导致环境中抗性基因的广泛存在。一旦这些抗性基因通过环境菌传播到病原菌当中，将会给临床的抗生素治疗带来严峻挑战，并且将严重威胁人类的健康。水平转移（接合、转导和转化）被认为是抗性基因在细菌之间传播的主要原因。其中，质粒、转座子、整合子等可移动遗传元件在抗性基因的水平转移中发挥了重要的作用。目前，细菌耐药性传播的研究多基于纯菌，而实际环境中微生物往往以 群落 的形式存在。课题组的前期研究发现抗生素生产废水处理系统和受纳河流中存在高比例的耐药菌，然而在抗生素压力下，微生物 群落 水平上 抗性基因 的 水平转移机制 却并不清楚。
    本论文以 链霉素和土霉素好氧生物膜模拟系统为研究对象，考察了不同链霉素及土霉素压力（ 0、 0.1、 1、 5、 25、 50 mg/L）下抗性组的发展特征以及 I型整合子在抗性基因水平转移中的作用 。通过土霉素好氧生物膜模拟系统中分离得到的纯菌对四环素抗性基因与 I型整合子的共线性以及土霉素压力下四环素抗性基因的 潜在 传播机制进行了研究，取得以下主要成果：
（1）在 链霉素 系统中，抗性组以及氨基糖苷类抗性基因的相对丰度随链霉素压力的升高而升高。对 I型整合子整合酶 intI1进行定量分析发现， intI1的 相对丰度随链霉素压力的升高而升高并且与 链霉素 系统 抗性组呈现显著的正相关关系 p<0.01）。此外 intI1与大多丰度较高的氨基糖苷类抗性基因（ aadA、 aadB、aacA4、 strA、 strB）显著正相关。进一步通过克隆文库构建的方法对 链霉素 系统各阶段样本中 I型整合子可变区进行扩增和测序，发现链霉素压力会造成氨基糖苷类抗性基因盒的富集。在链霉素系统分离得到的纯菌中也发现了链霉素压力下细菌对含有氨基糖苷抗性基因的整合子的捕获，说明 I型整合子在氨基糖苷类抗性基因的传播中发挥了重要作用。
（2）在 土霉素 压力下，抗性组以及四环素抗性基因的相对丰度升高。对 intI1进行定量分析发现， 土霉素压力导致 intI1的 相对丰度升高 了 29倍。并且在土霉素系统中， intI1与 抗性组以及其中丰度最高3种四环素抗性基因 tetG、 tetA和tetC显著正相关 p<0.01）。进一步对 土霉素 系统各阶段样本中 I型整合子可变区进行分析发现土霉素压力下 I型整合子的基因盒具有较高的多样性并富集了aadA1、aadB、 blaPSE-1、blaOXA-101、blaBEL-1、dfrA22、catB3、catB8、ereA1、cmlA1等抗性基因。尽管I型整合子不含有四环素类抗性基因，但二者可以通过可移动 遗传元件如 Tn3转座子、插入序列 IS26与 ISCR3等存在共线性的关系当土霉素压力选择四环素抗性基因的同时对 I型整合子进行共选择，进而造成土霉素系统中 多抗 的现象。
（3）四环素抗性基因 tetA、 tetC和 tetG在土霉素系统分离得到的 78株纯菌中的分布存在 种属倾向性。其中，tetA主要存在于 Pseudomonas中， tetC主要存在于 Stenotrophomonas中，而 tetG主要存在于 Comamonas中。 最小抑菌浓度的实验结果显示， 所有含有 tet基因 的 菌株都具有土霉素抗性，且在 50 mg/L的高土霉素压力下筛选得到的菌株具有更高的 MIC值 。 结合二代测序与三代测序的方法对 tetA、 tetC和 tetG的 遗传环境进行分析发现， tetA由 Tn3家族的转座子所携带，经比对发现这些转座子是在 Tn1721的基础上插入了 I型整合子、插入序列等遗传元件后形成的，说明 Tn1721在 tetA 的传播中发挥了重要作用。另外，含有 tetC的菌株往往具有 tetC-IS26-I型整合子”的结构单元， 与NCBI数据库比对发现该单元广泛存在于多种细菌的质粒和染色体上，推测该结构在细菌之间的水平转移可能是造成 tetC在土霉素系统中高丰度的原因。 tetG 在染色体和质粒上均有发现，在低土霉素压力下倾向存在于质粒pPSmi1和pCote2上，而在高土霉素压力下倾向于存在于细菌染色体上。 此外，不论在染色体或质粒上的tetG都常与插入序列 ISCR3相连，说明 ISCR3可能在 tetG的传播中发挥了重要作用。