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1、报告正文报告正文 （一）（一） 立项依据与研究内容立项依据与研究内容（4000-8000 字） 1项目的立项依据项目的立项依据（研究意义、国内外研究现状及发展动态分析，需结合科学研 究发展趋势来论述科学意义；或结合国民经济和社会发展中迫切需要解决的关键科 技问题来论述其应用前景。附主要参考文献目录） 多年来,科学家们一直认为地球上的细胞生命只有原核生物和真核生物两大类, 直到 1977 年 Carl Woese 等根据 16srRNA 碱基序列发现了古菌，并据此提出了细胞 生命由细菌域、古菌域和真核生物域组成的生物三域系统(Three-domain system) 理论 1。最初古菌被认为只存
2、在于极端环境中，但后来人们发现古菌普遍存在于海 洋、土壤等常态环境中，并对海底甲烷的存储、转化或释放,乃至全球气候和全球 碳循环都有巨大的影响， 甚至可以为研究可能的外太空生命的存在形式提供线索 2,3。 作为在自然界普遍存在且有众多种类的一域生命形式，在与人类的长期接触中，多 种古菌定植于人体成为人体正常微生物群落的一部分。然而，由于受分离和检测条 件的限制，目前只在人类的口腔、肠道和生殖道中分离到同属于广古菌门的四大类 古 菌 ， 即 口 腔 甲 烷 短 杆 菌 、 史 氏 甲 烷 短 杆 菌 、 斯 氏 甲 烷 球 形 菌 和 Methanomassiliicoccus luminyen
3、sis，通过分子生物学手段人们还在人体发现更 多目前不可培养古菌的 DNA 序列 4-10。 肠道微生态对人体具有供给营养、调节免疫和发育、提供定植抗力、延缓衰老 等诸多功能，与感染、肝病、肥胖症、糖尿病、哮喘、湿疹、炎症性肠病、动脉粥 样硬化、胰岛素抗药性、肿瘤及耐药细菌定植传播等息息相关 11-17。作为肠道微生 态的一个重要组成部分，古菌对保持肠道微生态平衡同样发挥重要作用，其构成和 数量一旦失调， 就会打破肠道微生态的平衡， 从而破坏正常肠道微生态的生理功能， 最终对人类健康造成影响。已有研究表明肠癌、溃疡性结肠炎、结肠息肉、克罗恩 病、肠憩室病、原发性肠壁积气、腹泻、便秘、肥胖和厌食
4、症等与肠道产甲烷古菌 含量变化有关 18-29。古菌可以通过共生或拮抗等相互作用方式影响同一微环境中的 细菌的生长和代谢，从而破坏微生态平衡，最终导致疾病的发生发展。如产甲烷古 菌可以通过质子通道的替换机制和硫还原及乙酸化等氧化还原反应相偶联，从而调 节有害气体硫化氢的产量而影响健康 30,31。 抗菌药物能有效杀灭或抑制细菌的生长繁殖，同时细菌在与抗菌药物的长期斗 争过程中也出现了多种耐药机制。迄今已有十余类（上百种）抗菌药物被广泛应用 于农牧业和医疗行业，也从环境和人体尤其是细菌含量非常丰富的肠道分离到了大 量耐药菌，这其中不乏 MRSA、VRE、VRSA、产 ESBLs 菌、碳青霉烯类抗
5、生素耐药菌 等多药耐药和泛耐药菌，甚至还有一些全耐药的“超级细菌” ，申请人前期研究发 现将近半数的 ICU 患者的肠道携带碳青霉烯类抗生素耐药革兰阴性杆菌，甚至有全 耐药菌 32，33。细菌耐药性的不断增加使得抗菌药物的使用日趋高级，使用量也日益 提高。抗菌药物的使用，尤其是广谱抗菌药物的使用或抗菌药物的长时间或大剂量 使用，是导致肠道微生态失衡的主要原因之一。有资料表明短期使用抗菌药物会导 致肠道细菌组成、丰度及肠道代谢期的动态变化，但长期大量使用抗菌药物则会引 起肠道细菌组成和功能的不可逆改变 34,35。 在我国，各种广谱抗菌药物被大量应用于治疗或预防感染，但国内外很少有人 研究古菌对
6、常用抗菌药物的敏感性及肠道古菌群落对抗菌药物使用的响应机制。申 请人曾采用 T-RFLP 方法对有耐药菌定植的人体肠道古菌 16srDNA 进行了对比研究， 发现耐药菌肠道定植时，肠道古菌的组成发生变化。我们推测肠道古菌可能会从以 下两个方面对抗菌药物产生响应，即（1）一些古菌的生长会被少数特定抗菌药物 直接抑制； （2）抗菌药物通过改变肠道细菌菌群而间接改变肠道内的古菌群落结构 和功能，但古菌对抗菌药物的具体响应机制还有待研究。 针对上述的研究动态及局限性，本项目在应用古菌基本知识、抗菌药物作用与 细菌耐药机理及微生态系统理论基础上，借鉴国内外研究成果，结合我们在抗菌药 物耐药机制、耐药菌肠
7、道定植及其对微生态影响等方面已进行的研究和调查，拟以 肠道微生物生态系统为研究对象，采用古菌分离培养技术、GDGTs 法、T-RFLP 及高 通量测序等新兴微生物及生态测试技术，调查分析肠道古菌的组成结构多样性和分 子生态特征及临床常用抗菌药物对人体肠道古菌生态特征的影响效应；利用实验动 物和典型临床病例研究在代表性抗菌药物作用下肠道古菌与细菌及真菌之间的联 系和相互作用方式，阐明古菌肠道定植的抗菌药物作用及微生物生态机制；在探明 肠道古菌组成结构多样性和分子生态特征基础上，分离培养肠道优势古菌并测定它 们对代表性抗菌药物的药物敏感性，结合抗菌药物作用下古菌及其它菌群的微生态 变化规律，揭示肠
8、道古菌对抗菌药物的响应机理。预期成果对阐明古菌在人体肠道 内的适应、定植及与抗菌药物应用之间的联动机制有重要意义，为指导抗菌药物合 理使用及维护肠道微生态平衡从而促进机体健康提供科学依据和新的视角。 参考文献参考文献 1. Woese C, Fox G. Phylogenetic structure of the prokaryotic domain: the primary kingdoms. Proc Natl Acad Sci USA, 1977; 74:508890. 2. Knneke M, Bernhard AE, Torre JR, Walker CB, Waterbury JB
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