科研亮点｜关翔宇：抗生素抗性基因在喀斯特河流中的分布及其生态风险【WR，2021】

2021-10-20     发布：    点击：32次

21世纪以来，具有抗生素耐药基因(ARGs)的微生物不断被发现。对人类健康和环境构成严重威胁。中国西南岩溶河流长期受到抗生素污染影响，存在不同程度的生态风险。抗生素抗性基因的传播改变了环境中微生物的生态分布和群落功能，会影响岩溶系统的养分循环和其他污染物的自然净化过程。抗生素抗性基因可以在不同的细菌之间甚至在自我扩增中进行转移和传播，它们在环境中的持续存在比抗生素本身更有害。喀斯特地区作为一种特殊的生态环境，覆盖了地球大陆面积的7-12%，其含水层是世界近四分之一人口的饮用水来源。在岩溶水系统中，枯水期和雨季的水位和流量变化显著，导致岩溶地下水的电导率、盐度、SO₄^2-和HCO₃^-浓度等化学性质存在季节性差异。喀斯特河流中抗生素抗性基因在岩溶环境中的传播机制、ARGs的组成、特别是抗生素抗性菌（ARPB）的评价亟待揭示。

针对上述科学问题，海洋学院关翔宇副教授及其硕士研究生张彪，在贵州省开阳县的岩溶地区进行水样本采集（图1），以研究河流中ARGs的组成、分布、扩散机制，探讨冬(干)季和夏(湿)季ARGs的生态风险。取得了以下主要认识：

（1）冬季喀斯特河流中抗生素浓度高于夏季。且两个季节间细菌群落结构和ARGs存在显著差异（图2、图3）。氨基糖苷类、β-内酰胺酶类和多耐药是抗性基因的主要类型，转座子tnpA-01, tnpA-02, tnpA-05, tnpA-07, IS613 和整合子cInti-1class1在ARGs的传播中起着重要作用。

（2）可移动遗传元件（MGEs）介导的细菌间ARGs的水平基因转移(HGT)会引起ARGs的传播，并带来潜在的生态风险。网络图分析结果显示（图4），ARGs、MGEs及微生物之间具有显著相关性，而具有正相关关系的细菌可能是耐药基因转播的重要载体，并且ARGs在四个模块中都存在潜在传播，暗示不同的生态群体及其功能在抗生素污染的选择压力下均受到影响。

（3）抗生素的季节性使用、水流量、细菌群落结构会影响ARGs和ARB在枯水期和丰水期的传播。此外，冬季耐药病原菌(ARPB)的风险可能高于夏季。

 图1 研究区域和样品采集点位

 图2 细菌群落结构的差异

 图3 抗性基因组成的差异

 图4 ARGs、MGEs及核心微生物的共线性网络分析

该研究在喀斯特河流受到抗生素污染的背景下，以典型喀斯特河流中ARGs的组成、分布、扩散机制为研究对象，探讨了冬(干)季和夏(湿)季ARGs的生态风险。这将有助于喀斯特河流抗生素的污染管理和ARGs的风险评估。

上述研究成果发表在水环境科学国际权威刊物《WATER RESEARCH》，文章信息如下：Zhang, B., Qin, S., Guan, X.*, Jiang, K., Jiang, M. and Liu, F., 2021. Distribution of Antibiotic Resistance Genes in Karst River and Its Ecological Risk. Water Research, 117507. [IF=11.236]

文章链接: https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S004313542100703X#!