近日，我院应光国教授团队抗生素耐药性研究小组何璐茜、何良英、高方舟等人在Journal of Hazardous Materials上发表了题为上发表了题为“Mariculture affects antibiotic resistome and microbiome in the coastal environment”的研究论文。
图文摘要
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本研究通过对我国海洋养殖城市的抗生素残留及风险、抗生素耐药基因（ARGs）以及病原微生物的组成分布和特征展开研究，评估了中国沿海环境中抗生素耐药组（resistome）和微生物组（microbiome）的分布以及人类健康风险。随着我国海水养殖业的迅速发展，抗生素的使用变得越来越普遍，抗生素耐药性得以快速传播。结果显示，在中国海洋养殖环境中检测到20余种抗生素，其中以脱水红霉素、恩诺氟沙星和土霉素居多。特别是在我国南部海区检测到的抗生素种类多于北方。恩诺氟沙星、环丙沙星和磺胺嘧啶的残留构成了高耐药性选择风险。该研究共检测到了262个耐药基因，其中含有世界卫生组织（WHO）所列出的10个高风险、26个当前风险和19个未来风险ARGs。基于微生物组学研究发现了沿岸海洋生态系统中存在25个人畜共患的病原菌属，并且在北方的养殖海区分布更为广泛。其中弧菌属和弓形菌属作为优势菌群值得关注。这些病原菌属是耐药基因的潜在宿主，人类健康存在潜在威胁。
引言
在过去20年里，水产养殖业迅速发展。中国成为亚洲最大的水产养殖产品生产国和出口国。中国沿海海水养殖约占全球海水养殖产量的71%。而58.8%的水产养殖产量由网箱、筏式和海洋牧养等形式的海洋养殖所提供。随着海洋养殖的快速发展，抗生素的使用越来越多，并通过饲料，鱼类的排泄物和人为污染释放到海洋环境中，促进了抗生素耐药性在海洋中的发展和传播。近年来，海洋抗生素耐药性问题日益受到关注。本文旨在全面了解沿岸海洋养殖环境的抗生素耐药组和人类健康风险，并阐明海洋养殖对沿海环境中抗生素耐药组和微生物组的影响。本研究的结果将有助于更好地理解抗生素耐药性在海洋环境中的发展和传播。
图文导读
Fig. 1. Distribution of antibiotics (ng/) and ARGs (copies/mL) in the mariculture systems of China.
本研究区域涵盖了包括辽宁，山东，江苏，浙江，福建，广东，广西以及海南在内的8个重要沿海养殖城市。海洋养殖类型主要包括海洋牧场，网箱养殖以及鱼排养殖。研究发现总共20种抗生素在海洋养殖系统中有所检出，主要的抗生素为脱水红霉素（ETM-H2O）、恩诺氟沙星（EFX）和土霉素（OTC）。
Fig. 2. Residues of antibiotics and abundances of ARGs in coastal mariculture environment.
总体而言，海洋养殖区的抗生素及ARGs的浓度显著高于非养殖区。造成养殖区与非养殖区抗生素含量差异的抗生素主要是双氟沙星,脱水红霉素,诺氟沙星和氧四环素。而ARGs的差异主要是由β-内酰胺类，万古霉素类以及氯霉素类这三类耐药基因所引起。
Fig. 3. Characterization and risk ranking of ARGs in coastal mariculture environments.
我国海洋养殖环境中共检出262个ARGs,主要属于β-Lactamase，Fluoroquinolone, Tetracycline以及Aminoglycoside类耐药基因。主要的耐药机制为抗生素失活（Antibiotic deactivate）以及外排泵（Efflux pump）。此外，研究发现10个高风险ARGs、26个当前风险ARGs以及19个未来风险ARGs。
Fig. 4. Microbial community in the mariculture systems.
在海洋养殖环境的微生物群落的分析中发现养殖区海水这主要的微生物类群为变形菌门，拟杆菌门以及放线菌门。LEfse分析发现了13种生物标志物（LDA≥2）在海洋养殖区的含量更高。在南方养殖海区和北方养殖海区共发现了32个生物标志物（LDA≥3）。在对海洋养殖区海水中核心微生物的研究中发现，共有201个核心微生物类群，隶属于7个科18属。
海上养殖环境微生物组的全球分布和特征分析
Fig. 5. Global distribution and characterization of coastal mariculture environment microbiomes.
该研究计算了致病菌指数MIP以评估海洋养殖环境中微生物所带来的潜在疾病风险。研究发现北方微生物组的MIP显著高于南方，而造成这种差异的主要病原体包括S. aeruginosa, S. baumannii和S. cholerae and S. lwoffii，它们可能导致人类的败血症、腹泻和皮肤损伤。海洋微生物群落的组装主要由确定性因素所主导。而有趣的是，与全球微生物数据库对比结果显示，我国海洋养殖海区微生物与全球微生物数据库中许多国家的海水样品中微生物群落相似度高达85%以上，特别是巴拿马（90.5%）、西班牙（90.4%）、美国（88.9%）、法国（88.1%）和澳大利亚（87.9%）。
Fig. 6. Interactions between environmental variables, bacterial taxa and ARGs.
为了确定ARG的微生物来源及其潜在风险，该研究评估了机会性病原菌与高风险ARG的相关性。Proteobacteria和Bacteroides可能是高风险ARGs (CTX-M-2、dfrA12、qnrA、blaVIM、tetM2、sul1和dfrA1)的潜在宿主。值得注意的是，包括Megamonas、Brevundimonas、Vibiro、Photobacterium和Comamonas在内的五种机会性病原菌与未来风险的ARGs显著相关。
小结
在中国海洋养殖环境中检测到的抗生素会构成潜在的耐药选择风险。海洋环境孕育着丰富多样的ARGs。ARGs在海洋养殖中被富集，并进一步扩散到周围环境。海洋养殖中机会性病菌普遍存在，并与海洋养殖系统中的高风险ARGs显著相关，存在高风险微生物疾病的可能。海洋养殖系统会受到抗生素耐药的负面影响。鉴于海洋养殖的快速发展，有必要对抗生素的使用和海水养殖管理进行严格监管，以减少对人类健康的潜在风险。
全文链接：https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2023.131208