廃水処理植物からのプラスミドメタゲノムの抗生物質耐性遺伝子と金属耐性遺伝子の探索

プラスミドは、微生物群集の独立した遺伝的要素として動作します。水平遺伝子導入（HGT）を通じて、抗生物質耐性や重金属耐性などの重要な機能を宿主微生物に提供できます。この研究では、2つの廃水処理プラント（WWTPS）の流入、活性汚泥（AS）、および消化スラッジ（DS）から抽出されたプラスミドDNAを使用して、6つのメタゲノムライブラリーを構築しました。廃水処理プラントの同じセクターから抽出された総DNAのメタゲノムと比較して、プラスミドメタゲノームは注釈率が有意に高く、プラスミド上の機能性遺伝子が一般的に研究された微生物によって共有されていることを示しています。一方、プラスミドメタゲノームは、ARGSを含む防御メカニズムに関連するより多くの遺伝子をコードしました。抗生物質抵抗性遺伝子（ARGS）データベースと金属抵抗遺伝子（MRGS）データベースに対する検索により、これらのプラスミドメタゲノメネスの抗生物質（合計618サブタイプのうち323）およびMRG（合計23種類のうち23種類）の抗生物質（323）が明らかになりました。。流入プラスミドメタゲノームには、ASおよびDSメタゲノームよりも多くの耐性遺伝子（ARGSとMRGの両方）が含まれていました。これらの耐性遺伝子を運ぶ完全な円形構造を持つ16の新規プラスミドは、プラスミドメタゲノームから組み立てられました。この研究の結果は、WWTPSのプラスミドが耐性遺伝子の重要な貯水池である可能性があり、これらの遺伝子の水平移動に重要な役割を果たす可能性があることを実証しました。

Plasmids operate as independent genetic elements in microorganism communities. Through horizontal gene transfer (HGT), they can provide their host microorganisms with important functions such as antibiotic resistance and heavy metal resistance. In this study, six metagenomic libraries were constructed with plasmid DNA extracted from influent, activated sludge (AS) and digested sludge (DS) of two wastewater treatment plants (WWTPs). Compared with the metagenomes of the total DNA extracted from the same sectors of the wastewater treatment plant, the plasmid metagenomes had significantly higher annotation rates, indicating that the functional genes on plasmids are commonly shared by those studied microorganisms. Meanwhile, the plasmid metagenomes also encoded many more genes related to defense mechanisms, including ARGs. Searching against an antibiotic resistance genes (ARGs) database and a metal resistance genes (MRGs) database revealed a broad-spectrum of antibiotic (323 out of a total 618 subtypes) and MRGs (23 out of a total 23 types) on these plasmid metagenomes. The influent plasmid metagenomes contained many more resistance genes (both ARGs and MRGs) than the AS and the DS metagenomes. Sixteen novel plasmids with a complete circular structure that carried these resistance genes were assembled from the plasmid metagenomes. The results of this study demonstrated that the plasmids in WWTPs could be important reservoirs for resistance genes, and may play a significant role in the horizontal transfer of these genes.