微生物攜帶的抗生素抗性基因（ARGs）是一種新型的環(huán)境污染物，其在環(huán)境中的遷移和傳播，可能引發(fā)耐藥病原菌的產(chǎn)生，已成為全球最為嚴(yán)重的公眾衛(wèi)生問題之一。
土壤，作為地球上最大的微生物多樣性儲(chǔ)存庫之一，也是ARGs的熱點(diǎn)區(qū)域——尤其在農(nóng)業(yè)土壤中，由于畜禽養(yǎng)殖業(yè)中抗生素和部分重（類）金屬制劑的過度使用，糞肥中通常殘留大量的重（類）金屬、抗生素及ARGs，其作為有機(jī)肥施用到農(nóng)業(yè)土壤中，常引入殘留的抗生素、重（類）金屬等污染物和ARGs，嚴(yán)重威脅農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)健康。
已有研究表明，長期有機(jī)肥施用，不僅增加土壤中ARGs的豐度和多樣性，同時(shí)也增加了土壤中重（類）金屬抗性基因（MRGs）的豐度和多樣性。并且，前期研究發(fā)現(xiàn)，有機(jī)肥施用的農(nóng)業(yè)土壤中，ARGs和MRGs的豐度通常具備顯著的正相關(guān)性，揭示了同時(shí)攜帶ARGs和MRGs的微生物可能共存于有機(jī)肥施用的農(nóng)業(yè)土壤。但目前對(duì)于ARGs和MRGs是否同時(shí)存在于農(nóng)業(yè)土壤微生物組，尚缺乏其共存于同一遺傳原件的直接證據(jù)；并且對(duì)于重（類）金屬脅迫是否導(dǎo)致MRGs和ARGs共表達(dá)，目前尚不明晰。
針對(duì)此問題，華東師范大學(xué)生態(tài)與環(huán)境科學(xué)學(xué)院張思宇研究員團(tuán)隊(duì)對(duì)全球尺度的農(nóng)業(yè)土壤宏基因組進(jìn)行分析，在以往基于ARGs和MRGs豐度相關(guān)性的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步提出對(duì)ARG-MRG共存contig分析的方法，揭示有機(jī)肥施用增加了土壤中ARG-MRG的共存類型，為有機(jī)肥施用促進(jìn)土壤微生物組ARGs和MRGs共選擇提供了直接證據(jù)。
研究同時(shí)指出，農(nóng)業(yè)土壤中攜帶ARG-MRG共抗性基因的土壤微生物組，通常也攜帶更高占比的可移動(dòng)遺傳原件基因和決定微生物致病性的毒力基因，揭示這類抗生素和重（類）金屬共抗性微生物具備更高的可遷移性和致病性風(fēng)險(xiǎn)，進(jìn)而促進(jìn)ARGs在農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的傳播，對(duì)農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)造成潛在生態(tài)健康風(fēng)險(xiǎn)。
進(jìn)一步，該研究基于中國農(nóng)業(yè)土壤進(jìn)行調(diào)查研究，并結(jié)合宏基因組和宏轉(zhuǎn)錄組分析，結(jié)果表明共存于同一遺傳原件的ARGs和MRGs在重（類）金屬脅迫壓力下，同時(shí)表現(xiàn)出更高的轉(zhuǎn)錄組活性，證實(shí)了土壤中重（類）金屬脅迫（以砷為代表）促進(jìn)了土壤中ARG-MRG的共表達(dá)。
并且，研究團(tuán)隊(duì)?wèi)?yīng)用機(jī)器學(xué)習(xí)模型，預(yù)測(cè)了全球尺度上農(nóng)業(yè)土壤中ARG-MRG共抗性微生物的豐度，揭示其在北美洲中部、歐洲東部、亞洲西部和中國東北部地區(qū)的土壤中存在較高的污染風(fēng)險(xiǎn)。
“這項(xiàng)研究為探究生態(tài)系統(tǒng)中抗生素和重（類）金屬共抗性微生物提供了新的研究思路，并證實(shí)了農(nóng)業(yè)土壤微生物組中ARGs和MRGs共存于同一遺傳原件，且具備更強(qiáng)的可遷移性和致病性潛力，提出應(yīng)關(guān)注農(nóng)業(yè)土壤有機(jī)肥施用帶來的潛在生態(tài)健康風(fēng)險(xiǎn)。”張思宇表示。
相關(guān)成果近日在國際權(quán)威期刊《自然·通訊》（Nature Communications）上發(fā)表。
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記者丨郜陽
來源丨新民晚報(bào)客戶端
編輯丨錢夢(mèng)童
編審丨戴琪
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