中國科學院大學郝彥賓教授研究團隊在抗生素抗性基因領(lǐng)域取得重要進展
由于人類對動物肉類蛋白需求的不斷增加，為了有效避免規(guī)模化養(yǎng)殖在動物間帶來的病原菌傳播，我國每年養(yǎng)殖業(yè)中抗生素消耗量大于10萬噸，占全球使用量的30%以上。大量研究數(shù)據(jù)表明，由于長期不合理、過量使用或濫用抗生素會誘導病原菌產(chǎn)生抗性基因(Antibiotics Resistance Genes, ARGs)，導致現(xiàn)在普遍使用的抗生素治療方法失效；另一方面，攜帶ARGs病原菌的糞污等經(jīng)排泄后將對養(yǎng)殖區(qū)域及其周邊環(huán)境造成潛在基因污染，從而加速了抗性基因在環(huán)境中細菌間的傳播擴散，對人類健康構(gòu)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(yè)生產(chǎn)基地，在維持牧民生計、維系區(qū)域生態(tài)安全、維護地區(qū)穩(wěn)定扮中演重要角色，但是由于長期放牧和牲畜規(guī)模化養(yǎng)殖對草原土壤中ARGs組成的影響機制和潛在威脅尚不清楚。鑒于此，中國科學院大學郝彥賓教授研究團隊對內(nèi)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(tǒng)研究，通過野外樣地監(jiān)測、樣品收集，借助宏基因組學等現(xiàn)代分子生物學技術(shù)對其群組成種類、影響因子進行科學分析，并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(fā)表在環(huán)境領(lǐng)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(huán)境中的傳播和擴散，抑制潛在生態(tài)風險，實現(xiàn)牧區(qū)高質(zhì)量發(fā)展提供重要科學支撐。
研究結(jié)果表明，長期放牧和圍封相比，對我國內(nèi)蒙古和新疆草原土壤中的ARGs沒有顯著影響，ARGs的結(jié)構(gòu)和組成是由植物、土壤和微生物環(huán)境決定的。在放牧和圍封草原土壤中均發(fā)現(xiàn)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(huán)素、大環(huán)內(nèi)酯-林可酰胺-鏈霉菌素（MLS）抗生素耐藥相關(guān)的ARG占主導地位（> 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，并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(guān)，而與植物豐富度和土壤總碳呈正相關(guān)，表明這些ARGs是由影響草原土壤微生物分布的因素驅(qū)動的。細菌群落組成可以通過控制移動遺傳元件（MGEs）對ARGs產(chǎn)生影響。土壤特性通過影響細菌間水平基因轉(zhuǎn)移（HGT）的頻率，對ARGs的組成產(chǎn)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 coe?cients 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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