近日，华南师范大学环境学院应光国教授团队陈紫茵、高方舟等人在《Environmental Science & Technology》上发表了题为“Key contribution and risk of airborne antibiotic resistance: Total suspended particles (TSP) or settled dust?”的研究性文章（DOI: 10.1021/acs.est.4c11038）。
图文摘要
摘要
大气是动物养殖系统中抗生素抗性（AMR）传播的重要环境介质，然而与空气传播相关的暴露风险尚未被充分研究。本研究采用宏基因组测序技术，调查了鸡场中抗性基因（ARGs）通过空气传播的情况（包括鸡粪、总悬浮颗粒物（TSP）和灰尘），以及其对工人、办公人员和周边村民肠道和鼻腔的暴露风险。
结果显示，与沉降灰尘相比，TSP中ARGs的丰度更高、多样性更丰富、水平转移潜力更大。空气中ARGs丰度随着与鸡舍距离的增加而显著下降，模型估算显示ARGs在持续排放一小时内最远可传播至9.48公里。虽然工人与村民的肠道抗性组整体差异较小，但新兴的tet(X)变体和高风险基因dfrA仍需引起关注。TSP对鼻腔抗性组的贡献高于灰尘。工人面临的可吸入抗生素抗性细菌（ARB）及人类致病抗性细菌（HPARB）暴露水平显著高于办公人员和村民，甚至高出一个数量级。
本研究还整理了高风险及潜在风险的空气传播ARGs清单，为后续监测工作提供依据。这些发现强调了在动物养殖场中定期进行空气消毒以及加强工人防护措施的必要性。
图文导读
1. 样品采集和处理流程
研究在四个鸡场采集了TSP、沉降灰尘、鸡粪及人体样本（粪便和鼻拭子）。TSP样本采集自鸡舍（n = 12）、办公区（n = 10）以及附近的村庄（C4鸡场，n = 2）。灰尘采样来自鸡场通风口（n = 8）、办公室窗台（n = 2）以及公共区域表面（n = 7）。生物样本包括16份鸡粪样本、85份人体粪便样本（38份工人，47份村民），以及10份居民鼻拭子样本。所有样本均进行总DNA提取和宏基因组测序分析。
图 1 四个鸡场的样品采集点与处理流程。
2. 鸡场抗性组概况
鸡粪呈现出最高的ARG多样性和相对丰度，均超过全球各类粪便（鸡、人、猪、牛）样本水平。鸡粪ARG组成与环境样本（尤其是TSP）的相似性高于人源样本。在环境样本中，TSP检测到的ARG亚型数量（1,115）高于灰尘（1,005）。此外，TSP宏基因组数据中有9.85%来源于鸡源，而灰尘中仅为1.84%，说明鸡粪可能是空气中ARG污染的重要来源。在人源样本中，鼻拭子中共检测到375个ARG亚型，而粪便中检测到914个。尽管测序深度较低，但鼻拭子抗性组的预测丰富度却高于粪便样本。鼻腔抗性组组成与环境样本（特别是TSP）相似性更高，表明空气传播可能促进了鼻腔抗性组的交流与转移。
本研究共识别出55个核心ARG亚型，其中包括11个高风险亚型（tetL、tetM、ermB、ermC、ermT、floR、bacA、tolC、sul1、APH(3’)-IIIa和APH(6)-Id）。这些核心ARGs丰度约占整体抗性组的一半，主要介导四环素、MLS和大环内酯类及氨基糖苷类抗性。结果表明，核心ARGs可作为农场环境ARG监测与风险预警的关键指标。
3. 两类人群肠道中ARG亚型的差异
总体而言，工作人员与村民的肠道抗性组在组成和相对丰度上差异不大，两者约有40%的肠道ARG可溯源至鸡粪。然而，在亚型水平存在显著差异，共鉴定出106个差异ARG亚型。其中47个在工人中显著富集，主要赋予氨基糖苷类和四环素类抗生素抗性；与多重耐药相关的ARGs则在村民中丰度更高。在差异亚型中，8个高风险ARGs（AAC(6’)-Ib11、AAC(6’)-Ii、AAC(6’)-Ib10、catB8、catB3、 mcr-1.5、sul1和drfA）在工人中显著富集；而CTX-M-55、mdtL、mdtK、tolC和floR等其他高风险ARGs在村民中丰度更高。值得注意的是，6种tet(X)变体的丰度（tet(X)、tet(X2)、tet(X3)、tet(X4)、tet(X5)和tet(X6)）在工作人员样本中均显著更高。在前30个指示性ARGs中，有3个（均与鸡粪相关，包括高风险基因dfrA）在工人中显著富集。这些结果表明，特定的ARG亚型，尤其是新兴与高风险的基因，可能带来职业暴露风险。
图2鸡场环境中抗性组及核心ARG特征。(a) 不同介质中ARG亚型数量。(b)抗性组PCoA分析。(c)介质间共有ARG以及核心ARG组成。(d)核心ARG组成。(e)工人与村民之间显著差异的ARG。
4. TSP比灰尘具有更高ARG持久性及对鼻腔抗性组贡献度
鸡粪、TSP、灰尘和鼻拭子样本中的抗性组主要由MLS类和氨基糖苷类抗性基因主导。四环素类抗性基因在这些环境样本中也较为常见，而多重耐药类则在鼻腔样本中较为突出。TSP中的ARG丰度显著高于灰尘，但与鼻腔样本相比无显著差异。随着与鸡舍的距离增加，ARG丰度显著下降（TSP最高降67.6%，灰尘最高降88.8%），表明TSP中的ARGs环境持久性更强TSP对鼻腔抗性组的贡献高于灰尘（尤其在鸡舍样本中）。扩散模拟显示鸡舍释放气源ARGs在持续排放一小时后，最远可传播至9.49公里。办公区和村庄位于高污染浓度的下风向，凸显了空气中ARG在鸡场环境中的广泛传播范围及潜在影响。这些结果强调了在此类区域加强耐药性监测与控制的紧迫性。
图3 空气中抗性组的传播。(a)鸡粪、TSP、灰尘和鼻拭子样品中的抗性组特征。 (b) ARGs平均丰度。(c)不同区域的TSP与灰尘中ARG总丰度的比较。(d) TSP和灰尘对鼻腔抗性组的贡献。(e)基于HYSPLIT模型的ARG扩散模拟。
5. TSP是ARG传播的重要载体，具备较高的转移潜力
在鸡粪、TSP、灰尘和工人粪便中共识别出3,912条抗性相关contigs（ACCs）和1,155条可移动的抗性contigs（AMCs）。TSP具有最高的AMC/ACC比例，其次是灰尘和鸡粪。值得注意的是，携带核心高风险ARG的contigs中，AMC/ACC比例为29.4%，表明其具备在不同介质中广泛传播的潜力。鉴定出284条具有相似序列的AMCs，主要来源于鸡粪和TSP。这些AMCs主要与变形菌门和厚壁菌门相关，尤其是临床相关的肠杆菌科，携带了358个ARGs，其中高风险的mph(B)检出频率最高。其抗性组主要由MLS类、四环素类和氨基糖苷类ARGs组成。值得关注的是，50.7%的可转移contigs定位于质粒上，其中54.6%在不同介质中均被检测到。84.9%的相似contigs倾向于在同介质中转移，其中鸡粪与TSP之间的交换频率最高。TSP还表现出最高的ARG-质粒比例，表明其可能是将耐药性从鸡粪传播至环境的关键载体。
在四类介质中检测到一种典型的基因结构，包含APH(4)-Ia、AAC(3)-IV、转座酶和Tn3，宿主范围广泛，包括条件致病菌。其中69.2%的相似序列来自TSP，且携带多种高风险ARGs，如APH(3')-Ia、APH(3')-Vla、APH(6)-Id，以及与重组酶基因。公共数据库比对显示该基因结构广泛存在于肠杆菌科、铜绿假单胞菌和鲍曼不动杆菌中，宿主涉及动物、环境和人类。这些结果强调了TSP在促进多种高风险ARG在不同生态系统间传播中的关键作用。
图4 AMC的转移特征。(a)ACC和AMC的平均数量，以及AMC/ACC比例。(b) 具有相似contig的AMC特征。(c)ARGs介质间交换。(d)具有相似contig的AMC的抗性组成。(e)APH(4)-Ia、AAC(3)-IV、转座酶和Tn3的典型遗传环境。
6. TSP的耐药风险和职业呼吸道暴露风险显著高于灰尘
总体来看，TSP的生态风险和人体健康风险评分分别是灰尘的2.19倍和2.34倍。空气中ARB和HPARB基因组丰度随离鸡舍距离的增加显著下降。在鸡舍内，空气中ARB和HPARB的平均丰度分别为2.17×10⁶和1.97×10⁶ copies/m³，约为村庄区域的两个数量级。在办公区，这一水平也比村庄高出约10倍。此外，工作人员每日通过呼吸摄入的ARB（1.10×10⁷ copies/day/person）和HPARB（9.96×10⁶ copies/day/person）也显著高于办公人员和村民。这些结果突显了TSP对鸡舍及周边空气质量和人体健康构成的潜在威胁。
我们整理了一份空气中高风险ARGs的清单，主要包括氨基糖苷类（AAC(3)-IId、AAC(6')-Ib8 和 APH(6)-Id）、β-内酰胺类（mecA、OXA-1和TEM-1）、MLS类（erm(B)和mph(B)）、多药耐药（mdtE）以及其他类别（tet(M)、dfrA17、bacA、sul1、floR和catB3）。此外，研究筛选了ECKAPE-E病原体中由AMCs携带的核心ARGs，识别出14个潜在风险ARGs，其中一半主要介导多药耐药，包括emrA、emrB、mdtH、mdtK、MexB、oqxB和qacEdelta1。通过识别这些关键ARGs，本研究为减缓鸡场环境中空气传播耐药性的风险提供了重要参考。
图5 抗生素抗性风险与可吸入暴露量估算。(a) 鸡粪、TSP和灰尘中的生态风险评分；(b) 人类健康风险评分；(c) ARB与HPARB丰度；(d) ARB与HPARB的每日摄入量；(e) 鸡场中高风险的气源ARG清单；(f) 鸡场中潜在风险的气源ARG清单。
结论与研究意义
本研究明确揭示了在鸡场环境中，TSP是比沉降灰尘更重要的空气传播ARGs的载体，具有更高的丰度、多样性、水平转移潜力、环境持久性以及对人体鼻腔抗性组的影响。ARGs可随空气远距离传播（1h内最远约9.5公里）。职业暴露人群面临显著升高的可吸入ARB及HPARB暴露风险。研究总结了特定的高风险和潜在风险气源ARGs清单，并发现工人肠道中富集了新兴的tet(X)变体和高风险基因dfrA。这些发现首次系统证实了TSP在养殖场环境空气传播AMR中的主导作用及其对职业人群健康的高风险，为制定精准的AMR监测策略和强化工人呼吸防护措施提供了关键科学依据。
全文链接
Chen, Z.-Y.; Gao, F.-Z.; Bai, H.; Zhang, M.; He, L.-Y.; Liu, Y.-S.; Ying, G.-G., Key Contribution and Risk of Airborne Antibiotic Resistance: Total Suspended Particles or Settled Dust? Environmental Science & Technology 2025, 59, (22), 10788-10798.