國科大博士生導師郝彥賓研究團隊在抗生素抗性基因領域取得重要進展

2021-01-11 中國科學院大學新聞網

　　由於人類對動物肉類蛋白需求的不斷增加，為了有效避免規模化養殖在動物間帶來的病原菌傳播，我國每年養殖業中抗生素消耗量大於10萬噸，佔全球使用量的30%以上。大量研究數據表明，由於長期不合理、過量使用或濫用抗生素會誘導病原菌產生抗性基因(Antibiotics Resistance Genes, ARGs)，導致現在普遍使用的抗生素治療方法失效；另一方面，攜帶ARGs病原菌的糞汙等經排洩後將對養殖區域及其周邊環境造成潛在基因汙染，從而加速了抗性基因在環境中細菌間的傳播擴散，對人類健康構成了巨大威脅。

　　中國北方草地近300 萬km2, 是中國乃至亞洲重要的畜牧業生產基地，在維持牧民生計、維繫區域生態安全、維護地區穩定扮中演重要角色，但是由於長期放牧和牲畜規模化養殖對草原土壤中ARGs組成的影響機制和潛在威脅尚不清楚。鑑於此，中國科學院大學郝彥賓教授研究團隊對內蒙古溫性和新疆亞高山草原長期放牧及圍封樣地展開ARGs的系統研究，通過野外樣地監測、樣品收集，藉助宏基因組學等現代分子生物學技術對其群組成種類、影響因子進行科學分析，並探討了其潛在威脅機制。研究成果以「The composition of antibiotic resistance genes is not affected by grazing but is determined by microorganisms in grassland soils」 為題在線發表在環境領域頂級期刊《Science of the Total Environment》，IF=6.55。這項研究將對有效遏制抗生素抗性基因在環境中的傳播和擴散，抑制潛在生態風險，實現牧區高質量發展提供重要科學支撐。

　　研究結果表明，長期放牧和圍封相比，對我國內蒙古和新疆草原土壤中的ARGs沒有顯著影響，ARGs的結構和組成是由植物、土壤和微生物環境決定的。在放牧和圍封草原土壤中均發現了378種ARGs，對14種主要抗生素具有耐藥性（80％），其中與多藥、四環素、大環內酯-林可醯胺-鏈黴菌素（MLS）抗生素耐藥相關的ARG佔主導地位（> 40％）。放線菌，變形桿菌和酸性細菌是這些土壤中最普遍預測的宿主，並且還顯示出具有多重抗性的遺傳能力。ARGs的豐富度與pH，土壤總氮和NO3-N呈極顯著負相關，而與植物豐富度和土壤總碳呈正相關，表明這些ARGs是由影響草原土壤微生物分布的因素驅動的。細菌群落組成可以通過控制移動遺傳元件（MGEs）對ARGs產生影響。土壤特性通過影響細菌間水平基因轉移（HGT）的頻率，對ARGs的組成產生直接影響。

Fig. 1. The relative abundances of ARG families in Grazing and Ungrazed plots. The pie charts show the proportions of ARG families to the total identified from ungrazed and grazing grassland soils.

 

Fig. 2. Donut plots showing the phylogenetic composition between the locations. Ungrazed (a) and grazing (b) grassland soils are shown. The inner and outer circle represent the distribution of bacteria (total ARGs) and the overall distribution of soil bacteria, respectively.

 

Fig. 3. Structural equation modelling of the direct and indirect effects of bacterial diversity and abundance, plant diversity, soil pH, grazed and MGEs on the richness of ARGs. Solid and dashed lines indicate positive and negative relationships, respectively. The width of the lines is proportional to the strength of path coefficients expressed by the numbers adjacent to arrows (*P ≤ 0.05, **P ≤ 0.01). The hypothetical models are consistent with our data, consistent with χ2=1.877, P= 0.13, GFI= 0.98, AIC= 40.6 values.

　　原文：https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2020.143205

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