抗生素被大量用于人类和动物的细菌感染疾病治疗，也用作养殖饲料添加剂。抗生素滥用或不合理使用，导致细菌耐药加速。长此以往，全球将走向“后抗生素”时代，届时将面临无药可用的局面。世界卫生组织于2014年5月发布报告首次将抗生素耐药性描述为全球公共健康的严重威胁。在过去的几十年里，抗生素耐药相关研究限定在特定的细菌菌群中，直至2006年，抗生素耐药基因才被放宽至菌体外进行阐述，并被定义为新型环境污染物。由于规模化养猪场养殖密度高，抗生素使用频繁，废弃物产生量较大，而且粪污处理有限，养猪场环境抗生素和耐药基因污染成为近年研究的热点，受到广泛关注。
课题组开展了耐药基因从养猪场到周边环境及农田蔬菜的传播和扩散研究。博士生何良英等研究人员调查了22个常见耐药基因在集约化养猪场粪便、污水中的含量水平和分布特征，并进一步考察养猪场对受纳水体、土壤环境和农田蔬菜的影响；分析了粪污抗生素、金属元素含量与耐药基因的相关性，探讨影响耐药基因归趋的因素。研究结果发现，常见养猪场处理单元对耐药基因和抗生素去除效果不明显，受纳水土环境中依然能检出大量的抗生素和相应的耐药基因。养猪废水的排放不仅将各种耐药基因输入受纳环境，还促进耐药基因的富集和多样化，对地表水和土壤的微生物生态产生影响。养猪场粪污中的抗生素和金属也进一步促进了受纳环境中细菌耐药性的迁移。使用粪便或养殖废水灌溉的蔬菜及其土壤含有更高浓度的抗生素和耐药基因， 而且耐药基因在土壤剖面上出现富集和迁移。养猪场粪污农用导致蔬菜土壤输入了多种耐药基因，虽然在总量上尚未体现出明显影响，但耐药基因的多样性发生了显著变化，这暗示着耐药基因从养殖场进入环境后进一步繁衍，呈现多样化的趋势。
图3. 养殖粪污排放影响周边受纳水土环境和食品质量。
Figure 3. Discharge of swine wastes risks water quality and food safety.
本研究不仅观察到耐药基因从污染源（养猪场）到受纳环境（蔬菜地和纳污河流）的扩散，也发现耐药基因进入环境后呈现出的多样化。在施用粪污的农田蔬菜中均发现了抗生素残留和耐药基因。并且，这些蔬菜如果仅用家常清理办法处理，仍然不能将耐药基因的相对丰度降低到自然状态下的背景值（如对照蔬菜）。因此，通过食用此类蔬菜及饮用地表水源等途径而使人类暴露于抗生素耐药基因或抗生素的潜在风险。在对养殖场废弃物的排放相关的潜在健康风险评估时，应考虑通过食用蔬菜或饮用水等途径形成的耐药基因及抗生素的暴露风险。本研究结果为了解耐药基因从畜禽养殖场到周边环境的扩散以及评估其对食品安全和人类健康的风险提供基础数据。
图4. 养鸡场抗生素耐药基因扩散图。
Figure 4. Dissemination of ARGs in Chicken farms.
作为抗生素排放的重要源，应光国课题组研究了各种养殖环境（养鸡、养猪和养牛场）中抗生素的使用、残留以及耐药基因的丰度。纵观猪场和鸡场粪便，猪粪中含有更为丰富的耐药基因，其中四类耐药基因和两个整合酶基因均有较高水平的检出，而鸡粪中仅氯霉素耐药基因与ermB基因浓度较高。下面以养鸡为例，比较了走地鸡和笼养鸡饲料、粪便中抗生素的含量。结果发现，这两类养殖方式都在用抗生素作为饲料添加剂，检出磺胺、四环素、喹诺酮和氯霉素类抗生素。养鸡场粪便与周边环境样品广泛检出各类耐药基因，其中耐氯霉素的五种基因(cmlA, f loR, fexA, cf r, and fexB)为首次报道。统计分析发现，fexA, sul1 and tetW三种基因与抗生素和金属浓度有显著相关，可指示养鸡粪便的环境污染。主要学术贡献为：养鸡场饲料抗生素与金属使用导致养鸡场细菌的耐药，养鸡场粪便为抗生素耐药基因的重要源，耐药基因随粪便使用而扩散到土壤环境。
相关论文：
(1) He LY, Ying GG, Liu YS, Su HC, Chen J, Liu SS, Zhao JL (2016) Discharge of swine wastes risks water quality and food safety: Antibiotics and antibiotic resistance genes from swine sources to the receiving environments. Environment International 2016, 92/93, 210-219.
(2) He LY, Liu YS, Su HC, Zhao JL, Liu SS, Chen J, Liu WR, Ying GG (2014) Dissemination of antibiotic resistance genes in representative broiler feedlots environments: Identification of indicator ARGs and correlations with environmental variables. Environmental Science & Technology 48, 13120-13129.
(3) Zhou LJ, Ying GG, Liu S, Zhang RQ, Lai HJ, Chen ZF, Pan CG (2013) Excretion masses and environmental occurrence of antibiotics in typical swine and dairy cattle farms in China. Science of the Total Environment 444, 183-195.