中科院城环所揭示中国湖库抗生素抗性基因的大尺度地理分布格局

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我国是抗生素生产和使用大国，抗生素滥用和细菌耐药性问题日益严重。该研究首次从生态学视角对我国湖库水体细菌ARGs的大空间尺度分布格局与机制进行了综合分析，为全面深入理解ARGs在自然水环境中的时空分布特征提供了基础数据，具有十分重要的科学意义。

文/刘轩

图/刘乐冕

来源：中国科学院城市环境研究所网站（2018年6月21日）

自20世纪40年代以来，抗生素被广泛用于治疗细菌感染，为全球人类健康做出了巨大贡献。然而，人类长期对抗生素的过度依赖和滥用引发了细菌耐药性（抗生素抗性）。事实上，细菌对抗生素产生抗性的关键是携带有相应的抗生素抗性基因（antibiotic resistance genes, ARGs），抗性基因能够在不同细菌间交换和传播。全球范围内的抗生素抗性问题可以作为人类驱动微生物进化的一个典型案例——例如，某种新型抗生素在第一次使用后几年内就会发现相应的抗性细菌，进而使原有针对性的抗生素治疗变得无效。21世纪以来，新型抗生素的开发速度不断下降,但ARGs却快速出现和传播，因此细菌的抗生素抗性被公认为是当前全球亟待解决的一大难题和公共健康的一大威胁。近年来，科学家发现ARGs在各种环境中广泛存在；特别是，生活污水、医疗垃圾、水产和畜牧养殖废水中含有大量抗生素和丰富多样的ARGs。这些废水中的ARGs可以通过多种途径进入自然水环境中，水生生态系统对细菌ARGs的产生、交换、进化和传播起到了至关重要的作用。然而，目前关于自然水体中ARGs分布规律的研究还十分缺乏，对生物地理学过程如何影响ARGs空间分布知之甚少。 

中国科学院城市环境研究所水生态健康研究组（杨军团队）采用高通量荧光定量PCR技术和高通量测序方法研究了中国42个湖泊和水库的ARGs分布特征，并从多方面揭示了影响其分布的因素与机制。该研究共检出167种ARGs和9种可移动遗传因子；发现具有外排泵抗性机制的多重耐药基因绝对丰度（拷贝/升）最优势（45.3%），其次是β-内酰胺类耐药基因（21.4%）。就ARGs绝对丰度而言，我国中部/南部的湖库与北部湖库相似；但在标准化丰度（ARGs/16S rRNA基因）方面，我国中部/南部的湖库显著高于北部湖库，其中多重耐药基因和氨基糖苷类耐药基因两大类最突出。此外，研究还发现尽管我国中部/南部湖库与北部湖库共有127种ARGs，占ARGs总数的76%，但是两大区域在ARGs组成方面存在较大差异，并且ARGs组成相似性呈显著的距离衰减趋势。相关分析显示ARGs标准化丰度与流域人类活动强度显著正相关，与绝大多数水体理化因子并没有显著的相关性。方差分解分析结果进一步表明，流域人类活动因素对ARGs组成的空间分布影响最大，其次是空间、细菌和理化因素。总体来看，我国湖库水体中的ARGs分布具有南北差异性分布的地理格局，并受到多种生态过程与机制的影响（例如，环境选择和扩散限制），其中受流域人类活动的影响最大。 

我国是抗生素生产和使用大国，抗生素滥用和细菌耐药性问题日益严重。该研究首次从生态学视角对我国湖库水体细菌ARGs的大空间尺度分布格局与机制进行了综合分析，为全面深入理解ARGs在自然水环境中的时空分布特征提供了基础数据，具有十分重要的科学意义。此外，该研究对公共健康和环境管理领域具有潜在应用价值，可为湖泊水库ARGs监测、安全评估和风险防控等方面提供参考和依据。 

研究成果近日以Large-scale biogeographical patterns of bacterial antibiotic resistome in the waterbodies of China为题发表于环境生态领域国际期刊Environment International,2018,117:292–299。城市环境所刘乐冕副研究员、苏建强研究员和郭云艳硕士生为共同第一作者，杨军研究员为通讯作者。该研究得到了国家重点研发计划“全球变化及应对”重点专项、国家自然科学基金、王宽诚教育基金的资助

中国湖库抗生素抗性基因的地理分布

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