打響耐藥細菌的“無硝煙戰役” | 獲獎成果解讀_風聞

編者按：

日前，2023年度國家科學技術獎結果公佈。“中科院之聲”特別推出獲獎項目解讀系列專題。今天介紹的是獲得國家自然科學獎二等獎的項目“環境中耐藥基因的形成和擴散機制”，由中國科學院城市環境研究所等完成。

環境是細菌耐藥性形成和擴散的熱區，諸如抗生素濫用、集約化養殖以及生活污水排放等人類活動，加劇了耐藥基因的擴散。

尤其耐藥基因通過水平轉移促成多重耐藥“超級細菌”形成，這些“超級細菌”可能通過呼吸、飲食和接觸等途徑在人—動物—環境之間遷移和傳播，進而威脅人類健康。

為了解決這一問題，中國科學院院士朱永官帶領中國科學院城市環境研究所的科研人員，聚焦“耐藥基因污染源頭—傳播途徑—驅動機制”系列問題，開展系統性研究。研究成果“環境中耐藥基因的形成和擴散機制”，在技術和政策兩個層面為遏制細菌耐藥性在環境中的蔓延和保護人民生命健康提供了科學支撐服務。

01

尋找污染源頭

“工欲善其事，必先利其器”。為了追尋耐藥基因污染源頭，研究團隊先搭建起可同時檢測384個耐藥基因的高通量定量PCR檢測平台。目前，該平台已成為國內外耐藥基因檢測的主流技術平台。

▲高通量熒光定量PCR平台

基於該平台，研究團隊發現集約化養殖可導致養殖場及周邊環境耐藥基因的富集。之後，研究團隊又揭示了城市污水耐藥基因具有顯著的季節性分佈，人類腸道微生物對污水耐藥基因的擴散也具有潛在貢獻。

最終，研究團隊明確了集約化養殖場和污水處理系統是環境抗性基因的主要來源，並提出遏制耐藥基因源頭擴散是控制耐藥基因環境擴散的關鍵。

02

揭示傳播途徑

找到耐藥基因的污染源頭後，研究團隊進一步發現，中水回用和堆肥會導致土壤中部分耐藥基因的擴散和富集，並且，污泥和動物糞肥的長期施用會增加土壤耐藥基因的多樣性和豐度。

該研究明確了有機肥施用和中水回用是耐藥基因進入土壤環境的主要途徑，同時，科研人員提出應進行合理農田施肥和灌溉管理。

相關研究成果已經為國內外污泥處理和使用政策提供直接參考。

▲污泥堆肥農用導致土壤耐藥基因富集的風險

03

探究擴散因素

耐藥基因的傳播途徑被揭示後，研究團隊又通過全國河口大尺度採樣，宏觀揭示了包括水產養殖業和生活污水排放在內的人類活動，極大影響了河口耐藥基因分佈和污染。

研究團隊還發現，養殖環境中重金屬濃度與耐藥基因丰度顯著正相關；堆肥土壤中微生物羣落變化與耐藥基因結構變化顯著相關；有機肥農用的土壤中轉座酶基因高度富集，表明其在耐藥基因的水平轉移中起着重要作用。

這些成果為制定相關管理措施和政策，遏制抗生素耐藥性在環境中的蔓延提供了重要的參考。

▲人為活動和轉座酶對耐藥基因的促進作用

科研團隊研究細菌等微生物對抗生素的耐藥性問題還在繼續。近日，該團隊在《自然-水》雜誌上發表了最新成果，發現搭載微塑料“便車”的病毒也會加劇抗生素耐藥性的擴散，揭示了微塑料表面病毒與宿主之間存在抗生素抗性基因水平轉移的風險。

儘管研究已取得初步進展，但科研人員與細菌耐藥性的“戰鬥”並未終止。

最新進展解讀詳見：《病毒搭乘“免費便車”散佈抗生素耐藥性》

來源：中國科學院城市環境研究所