环境中的抗生素耐药性问题愈发严峻。以往用于控制临床环境中抗生素耐药性的方法，在复杂的环境场景中往往难以发挥作用。虽然有研究尝试通过添加银纳米颗粒、抗氧化微生物和生物炭等方式来控制耐药性发展，但这些方法都存在各自的局限性，与此同时，氨基酸作为细菌代谢的重要参与者，并且随着多组学的飞跃发展，科研人员都致力于探索其对细菌耐药性演变的潜在影响。
今天，我们就带大家深入解读一篇细菌耐药性研究的文章，由凌恩生物客户浙江大学逯慧杰团队发表在《Journal of Hazardous Materials》期刊，为大家探索氨基酸是否能够减缓细菌在环境压力下的耐药性提供了新见解。
实验思路：
研究结果：
1. 缓解耐药性氨基酸的筛选
在筛选实验中，脯氨酸、缬氨酸和苏氨酸表现出提高细胞生长适应性的能力，其中脯氨酸效果最为显著；脯氨酸对不同耐药背景的细菌都有效，即便对于已经具有环丙沙星耐药性的细菌，添加脯氨酸也能降低其耐药性。
2. 脯氨酸缓解环丙沙星耐药性产生的机制
通过对环丙沙星-脯氨酸共处理和单独环丙沙星处理条件下的野生型大肠杆菌进行转录组测序分析，共检测出89个差异表达基因，其中79个基因下调，10个基因上调，并对差异表达基因进行KEGG富集分析发现，下调基因主要集中在TCA循环、氧化磷酸化、丙酮酸代谢和脯氨酸代谢等途径；上调基因主要涉及核黄素代谢和精氨酸生物合成途径，明确了脯氨酸影响的关键代谢通路。进一步研究发现，脯氨酸通过降低TCA循环通量，减少NADH生成，进而降低质子动力势，最终减少细菌对环丙沙星的摄取。这一系列变化有效降低了细菌的耐药选择压力，减缓了耐药性的发展。
3. 脯氨酸减少环丙沙星耐药亚群的数量
对环丙沙星处理24天(D24C)和环丙沙星-脯氨酸共处理24天(D24C&P)的大肠杆菌进行单细胞RNA测序分析，分别得到5052和4631个有效细胞，将具有相似基因表达模式的细胞聚类在一起，共分为7个Cluster。添加脯氨酸后，可能的耐药亚群（如Cluster 4 和Cluster 6）的比例显著降低，且其中包含高表达的耐药基因。表明脯氨酸能够减少环丙沙星耐药亚群在群体中的比例，揭示了脯氨酸在抑制环丙沙星耐药性进化过程中的重要作用，为理解细菌耐药性进化的复杂性提供了单细胞层面的证据。
4. 脯氨酸减缓土壤微生物对环丙沙星的耐药性
通过土壤实验，验证添加不同脯氨酸浓度在实际环境中对降低抗生素耐药性的有效性，探究在土壤微生物群落中的作用。
环丙沙星会使土壤微生物群落对其耐药性在 28 天内升高 7.3 倍，而添加脯氨酸后，低、中、高浓度的脯氨酸分别使耐药性降低 28.1%、37.9% 和 22.9%。同时，脯氨酸还减少了土壤中抗生素耐药基因（ARGs）的富集，并且通过下调关键基因的表达，影响了土壤微生物的 TCA 循环、NADH 氧化和环丙沙星摄取过程。
脯氨酸对土壤微生物群落的多样性也有积极影响。环丙沙星会降低土壤群落多样性，而添加脯氨酸能够缓解这种下降，中等浓度处理下的群落多样性最好。表明脯氨酸在实际土壤环境中能有效减轻环丙沙星耐药性发展，减少 ARGs 富集，且其作用机制具有一定的普遍性，为应对环境抗生素耐药性问题提供了重要依据。
结论
本研究通过筛选18种氨基酸后发现脯氨酸能够显著缓解环丙沙星诱导的大肠杆菌耐药性，并通过多种组学方法揭示其内在机制，发现脯氨酸通过降低 TCA 循环通量、减少 NADH 生成、削弱质子动力势，进而减少抗生素摄取，并且降低了耐药亚群比例，经过土壤实验发现脯氨酸可减轻土壤微生物群落的耐药性，降低 ARGs 丰度。为治理抗生素污染环境方面提供了应用价值。
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参考文献
Proline mitigates antibiotic resistance evolution induced by ciprofloxacin atenvironmental concentrations.Journal of Hazardous Materials,2025.