打响耐药细菌的“无硝烟战役” | 获奖成果解读

编者按：

日前，2023年度国家科学技术奖结果公布。“中科院之声”特别推出获奖项目解读系列专题。今天介绍的是获得国家自然科学奖二等奖的项目“环境中耐药基因的形成和扩散机制”，由中国科学院城市环境研究所等完成。

环境是细菌耐药性形成和扩散的热区，诸如抗生素滥用、集约化养殖以及生活污水排放等人类活动，加剧了耐药基因的扩散。

尤其耐药基因通过水平转移促成多重耐药“超级细菌”形成，这些“超级细菌”可能通过呼吸、饮食和接触等途径在人—动物—环境之间迁移和传播，进而威胁人类健康。

为了解决这一问题，中国科学院院士朱永官带领中国科学院城市环境研究所的科研人员，聚焦“耐药基因污染源头—传播途径—驱动机制”系列问题，开展系统性研究。研究成果“环境中耐药基因的形成和扩散机制”，在技术和政策两个层面为遏制细菌耐药性在环境中的蔓延和保护人民生命健康提供了科学支撑服务。

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寻找污染源头

“工欲善其事，必先利其器”。为了追寻耐药基因污染源头，研究团队先搭建起可同时检测384个耐药基因的高通量定量PCR检测平台。目前，该平台已成为国内外耐药基因检测的主流技术平台。

▲高通量荧光定量PCR平台

基于该平台，研究团队发现集约化养殖可导致养殖场及周边环境耐药基因的富集。之后，研究团队又揭示了城市污水耐药基因具有显著的季节性分布，人类肠道微生物对污水耐药基因的扩散也具有潜在贡献。

最终，研究团队明确了集约化养殖场和污水处理系统是环境抗性基因的主要来源，并提出遏制耐药基因源头扩散是控制耐药基因环境扩散的关键。

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揭示传播途径

找到耐药基因的污染源头后，研究团队进一步发现，中水回用和堆肥会导致土壤中部分耐药基因的扩散和富集，并且，污泥和动物粪肥的长期施用会增加土壤耐药基因的多样性和丰度。

该研究明确了有机肥施用和中水回用是耐药基因进入土壤环境的主要途径，同时，科研人员提出应进行合理农田施肥和灌溉管理。

相关研究成果已经为国内外污泥处理和使用政策提供直接参考。

▲污泥堆肥农用导致土壤耐药基因富集的风险

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探究扩散因素

耐药基因的传播途径被揭示后，研究团队又通过全国河口大尺度采样，宏观揭示了包括水产养殖业和生活污水排放在内的人类活动，极大影响了河口耐药基因分布和污染。

研究团队还发现，养殖环境中重金属浓度与耐药基因丰度显著正相关；堆肥土壤中微生物群落变化与耐药基因结构变化显著相关；有机肥农用的土壤中转座酶基因高度富集，表明其在耐药基因的水平转移中起着重要作用。

这些成果为制定相关管理措施和政策，遏制抗生素耐药性在环境中的蔓延提供了重要的参考。

▲人为活动和转座酶对耐药基因的促进作用

科研团队研究细菌等微生物对抗生素的耐药性问题还在继续。近日，该团队在《自然-水》杂志上发表了最新成果，发现搭载微塑料“便车”的病毒也会加剧抗生素耐药性的扩散，揭示了微塑料表面病毒与宿主之间存在抗生素抗性基因水平转移的风险。

尽管研究已取得初步进展，但科研人员与细菌耐药性的“战斗”并未终止。

最新进展解读详见：《病毒搭乘“免费便车”散布抗生素耐药性》

来源：中国科学院城市环境研究所