来源:Frontiers of Environmental Science & Engineering 发布时间:2022/6/20 10:32:38
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FESE | 前沿研究:清华大学课题组 抗生素抗性组主要与沿郊区传播链的细菌分类有关

论文标题:Antibiotic resistome mostly relates to bacterial taxonomy along a suburban transmission chain(抗生素抗性组主要与沿郊区传播链的细菌分类有关)

期刊:Frontiers of Environmental Science & Engineering

作者:Ziyan Qin1, Qun Gao , Qiang Dong, Joy D. Van Nostrand, Qi Qi, Yifan Su, Suo Liu, Tianjiao Dai, Jingmin Cheng, Jizhong Zhou, Yunfeng Yang

发表时间:15 Mar 2022

DOI:10.1007/s11783-021-1466-7

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原文链接(点击“阅读原文”直接获取)

https://journal.hep.com.cn/fese/EN/10.1007/s1178-021-1466-7

文章出版:Front. Environ. Sci. Eng. 2022, 16(3): 32

原文信息

题目:

Antibiotic resistome mostly relates to bacterial taxonomy along a suburban transmission chain

作者:Ziyan Qin1, Qun Gao ()1, Qiang Dong2, Joy D. Van Nostrand3, Qi Qi1, Yifan Su1, Suo Liu1, Tianjiao Dai1, Jingmin Cheng1, Jizhong Zhou3,4, Yunfeng Yang ()1

作者单位:1 Tsinghua University, China2 Institute of Chemical Defense, China3 University of Oklahoma, USA4 Lawrence Berkeley National Laboratory, USA

通讯作者邮箱:gaoqun998@163.com;yangyf@tsinghua.edu.cn

关键词:

Antibiotic resistance genes (抗生素耐药基因);

Resistome (抗性组);

Bacterial taxonomy (细菌分类学);

Transmission chain (传播链)

文章亮点

• 抗性组α-多样性在粪肥和堆肥中比土壤低;

• 抗性组和细菌分类学之间存在显著的相关性;

• 细菌分类学对抗性组差异的解释程度最高。

研究背景

细菌对抗生素形成的耐药性对人类健康产生了巨大威胁,而越来越多的证据表明这些细菌病原体中的抗性基因(ARGs,注:所有的ARGs统称抗性组)与抗生素的使用有关,即新的生物危害——抗性组正由人类活动加速传播。目前,抗生素在畜牧产业中得到广泛应用,中国近年来则成为了最大的抗生素生产和消费国,这导致环境中出现较高的抗生素残留量。动物粪便是造成环境中抗生素污染的主要原因,粪肥的施用则导致其进一步扩散,另外,堆肥过程也会对其富集造产生影响。另一方面,已有研究表明微生物群落组成即细菌分类与土壤抗性组的组成存在相关性。但目前多数研究仍集中于单一的生态系统之中,而对于抗性组与细菌分类学之间的相关性究竟如何随着人类行为引起的抗生素传播而变化这一问题并不清晰。

主要内容

本工作通过采集位于北京郊区的5个养猪场的粪肥、堆肥、堆肥处理后的农业土壤,并将附近未处理的农业土壤作为对照,利用功能基因芯片GeoChip和16S rRNA基因扩增子测序技术,研究了传播链中抗性组与细菌分类学的相关性。结果显示,在粪肥和堆肥中发现的与ARGs相关潜在病原菌较多,而在粪肥、堆肥和堆肥处理土壤中,抗性组与细菌分类学具有显著的相关性,而对照组土壤中抗性组与细菌分类学的相关性不显著,表明抗性组与细菌分类学的相关性具有环境依赖性,细菌分类是抗生素传播链中抗药组的主要决定因素。高浓度的抗生素施加环境选择或压力,可能会降低抗性组或相关微生物的多样性。因而抗性组和微生物群落的情况都有可能随着抗生素的浓度的改变而变化。并基于上述结果提出以下三个推论:1)高浓度抗生素导致粪肥和堆肥样本中的抗性组具有较低多样性;2)不同样品的抗性组和细菌分类学差异明显;3)抗性组与细菌分类学具有相关性,这种相关性在粪肥和堆肥样品中表现更为突出。

文章摘要图

研究意义

目前,畜牧业和粪肥堆肥已成为现代社会中的成熟产业,而人类活动干预的增加可能会导致自身健康受到耐药性相关致病菌的威胁,本工作对深入理解抗性组在环境中的传播方式以及评估粪便堆肥的潜在致病性具有重要意义,也为制定相关政策对抗性组的环境传播进行管控提供了必要的理论依据。

摘要

Antibiotic resistance genes comprising antibiotic resistome are of great concern due to their increase in the environment. Recent evidence of shared resistomes between soils and animal husbandry has imposed potential risks to human health. However, the correlation between a given community’s resistome and bacterial taxonomic composition is controversial. Here, a transmission chain of resistomes from swine manure to compost and compost-amended soil were analyzed in five suburban areas of Beijing, China, with unamended agricultural soils as control soils. Antibiotic resistomes and bacterial taxonomic compositions were distinct between (I) manure and compost; and (II) compost-amended and control soils. In manure, compost, and compost-amended soils, the β-diversity of the resistome and bacterial taxonomic composition was significantly correlated, while no correlation was detected in control soils. Bacterial taxonomic composition explained 36.0% of total variations of the resistome composition, much higher than environmental factors. Together, those results demonstrated that antibiotic resistome was closely related to bacterial taxonomic composition along the suburban transmission chain.

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