华南师范大学环境学院应光国教授团队耐药小组（高方舟、何良英等）与香港大学张彤教授合作最新研究：珠江流域西江、北江抗生素耐药性风险评价，发表在环境领域期刊Water Research（https://doi.org/10.1016/j.watres.2023.121030）。
图摘要
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引言
河流环境是细菌抗生素耐药性传播的重要媒介，评价大流域尺度抗生素耐药性风险受到地理异质性和多种污染来源的挑战，使得环境调查不仅花费大量的人力、金钱和时间成本，还难以分析抗生素抗性基因的潜在污染来源。得益于微生物组学的高速发展，各类环境介质中的抗性基因组被广泛研究，大量分离菌株的基因组测序获得了抗性基因与细菌宿主的关系特征。本研究提出整合全球微生物组数据评估流域尺度抗生素耐药性风险这一理念，旨在为评价流域抗生素耐药风险提供科学指导。
研究方法
研究基于宏基因组测序技术调查我国珠江流域西江、北江河水和沉积物中的抗生素抗性组；研究高风险、新兴抗性基因的分布特征；预测抗性基因的宿主组成；指出需要进一步监测的抗性基因种类和病原菌宿主物种。通过与全球环境介质比较，整体评价珠江流域的抗生素耐药性风险。
主要结果
全部河流样品中共检出1310种ARG subtype，从属于28种ARG type。河水中的ARG种类多于沉积物。河水和沉积物中的抗性组丰度显著正相关，且存在地理距离差异。与全球其它淡水和沉积物相比，珠江流域的抗性组更多样，46%的河水和32%的沉积物中抗性组丰度高于污水处理厂的出水、垃圾填埋场、动物和人粪便。溯源分析发现，污水处理厂出水和垃圾填埋场是河水和沉积物中抗性组的重要源头。虽然所占比例不大，动物和人粪便对河流抗性组的贡献与河流抗性组存在显著正相关，它们高污染河段中的贡献度更高，这可能与有限的污水处理效率有关。
Fig. 1. a：珠江流域采样点分布；b：ARGs稀释曲线；c：抗性组分布特征；d：溯源分析。
研究共检出54种risk rank I ARGs，导致66%的河水存在“当前耐药性风险”。它们在流域中的丰度特征与总抗性组一致，南流江、横石水和珠三角附近的河流风险更高。大多数risk rank I ARGs的遗传距离较为接近，说明它们在环境中更为保守，宿主范围更窄。但个别ARGs（如：floR、tet(M)）的基因序列在环境中更为多样化。一些ARGs（如：sul1、floR、tet(G)）容易共存与同一条序列上，可能导致携带它们的宿主细菌产生多重耐药性。研究还检出了多个mcr和tet(X)基因亚型，为相应抗生素耐药性提供了一个基于宏组学的预警系统。
Fig. 2. a：Risk rank I ARGs分布特征；b：Risk rank I ARGs遗传距离；典型基因环境。
Fig. 3. 新兴ARGs分布特征。
研究发现，Proteobacteria是河水和沉积物中的主要门水平细菌宿主，其中Moraxellaceae、Burkholderiaceae、Enterobacteriaceae和Pseudomonadaceae是主要的科水平宿主。值得注意的是，一些ARGs由WHO优先关注病原菌携带：A. baumannii携带19种ARG subtype；P. aeruginosa携带4种ARG subtype；24个Enterobacteriaceae物种共携带39种ARG subtype。值得注意的是，本研究中约一半的ARGs-contigs未在细菌基因组中报道过，它们可能存在潜在的耐药性风险。河水中一半的ARGs-contigs来源于质粒，它们通常还与至少1个可移动遗传元件串联。只有少部分ARGs-contigs来源于染色体。然而，沉积物中69%的ARGs-contigs来源于染色体，并且很少ARGs与可移动遗传元件串联。来源于质粒的序列只占总数的17%。
Fig. 4. ARGs宿主与存在位置。
结论
本研究使用全球微生物组数据评估流域中的抗生素耐药性风险，结果显示，珠江流域受到的抗性组污染高于全球其它河流，污水处理厂出水和垃圾填埋场是主要的污染源。检出54种risk rank I ARGs和新兴mcr、tet(X)基因突出了河流中的耐药性风险。Burkholderiaceae、Enterobacteriaceae、Moraxellaceae和Pseudomonadaceae是主要的ARGs宿主，其中碳青霉烯耐药Enterobacteriaceae、A. baumannii和P. aeruginosa应该被列为优先关注病原菌。未来研究建议采用标准化流程评价流域抗生素耐药风险。
致谢
本研究得到国家自然科学基金（NSFC42030703, U22A20604和U1701242）、中国博士后科学基金（2022M711215）、华南师范大学青年教师科研培育基金和广东省青年优秀人才国际培养计划的支持。同时感谢参与野外采样的团队成员。