科研思路｜STE：牛粪好氧堆肥过程中抗生素抗性基因的变化

论文信息

论文题目：Gut microbiome and serum metabolome alterations in obesity and after weight-loss intervention

期刊：Science of the Total Environment

IF：5.589

发表时间：2017

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本文以施加粪便堆肥的土壤为研究体系，通过高通量qPCR测定抗生素抗性基因，通过16S rRNA扩增子测序分析细菌群落结果，之后利用生物信息学方法详细的对所得数据进行处理和分析，进而解释研究的目的。

该文章的数据分析方法和流程十分清晰，可以作为研究其它体系抗生素抗性基因的参考方法。

研究背景

抗生素抗性基因  (ARGs) 的存在和传播对临床疾病治疗和人类健康是一个严重的威胁，动物粪便被认为是抗生素、ARB和ARGs的储存库，未经处理的动物粪便应用于农业会提高土壤中ARGs的丰度和多样性，在畜牧粪便作为有机肥料加入农业系统之前进行堆肥，被认为是去除抗生素和致病菌的可能方法，但堆肥对粪便中ARGs的影响及堆肥后粪便应用土壤中ARGs的变化规律还并不清楚。

技术路线

研究结果

1、在所有的土壤、粪便和堆肥样品中，共检出144种ARGs，其中MLS、氨基糖苷类、多药物、四环素和β-内酰胺抗性基因是主要的ARGs类型。

2、好氧堆肥显著降低了牛粪中ARGs和MGEs的丰度和多样性，未处理牛粪中ARGs为103.3种，堆肥产物中为71.3种，原始土壤中为70.0种，MGEs的检出数目分别为8.7、6.3和4种，原始土壤中主要为β-内酰胺、四环素、万古霉素和多药物抗性基因，堆肥样品中主要为氨基糖苷类和磺胺抗性基因。

3、未处理牛粪添加的土壤中ARGs的丰度和多样性显著高于堆肥产物处理的土壤，在实验开始时，未处理的牛粪组中ARGs的丰度和多样性显著高于堆肥组，但随着实验进行，各组中ARGs和MGEs的丰度和多样性均显著下降，最终均与对照组相近。

4、总ARGs的丰度变化与总MGEs、整合子和转座子丰度显著相关，未处理牛粪添加土壤与堆肥产物添加土壤相比，ARGs和MGEs的联系更为紧密。

5、对照和堆肥产物处理组中ARGs的时间变化规律基本相同，但粪便处理组中具有显著区别，不同的处理浓度对ARGs没有明显影响。

6、粪便和堆肥产物中微生物群落的α多样性显著低于土壤样品，粪便和堆肥产物中主要的微生物为Proteobacteria、Bacteroidetes、Actinobacteria和Firmicutes，未处理土壤中主要的微生物为Proteobacteria、Actinobacteria、Acidobacteria、Chloroflexi和Firmicutes。

7、在实验第一天，粪便和堆肥处理样品的微生物群落分别与粪便和堆肥产物类似，后随着实验的进行，越来越相似于未处理土壤。

8、SourceTracker表明在实验开始阶段，粪便和堆肥对微生物群落贡献较大，但其贡献的细菌会很快消失。

9、Mantel test表明，微宇宙中微生物群落与ARGs图谱具有显著相关性，微生物群落是粪便和堆肥添加土壤中ARGs的主要影响因素。

10、网络分析显示在粪便和堆肥产物处理组中，MGEs与多种ARGs显著相关，而在对照组中MGEs与ARGs没有相关性，说明粪便和堆肥的使用增加了土壤中HGT传播ARGs的风险。

11、好氧堆肥是有机废物应用于农业生产之前，有效的去除ARGs风险的处理技术，粪便要在农产品收获前2个月停用，堆肥产物要在农产品收获前1个月停用。

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