宏基因组学在微生物抗生素抗性基因检测中的应用

抗生素广泛应用于人类和动物疾病的治疗等过程中。不合理利用和滥用抗生素导致耐药细菌、抗性基因的产生和传播。宏基因组学能够分析不同环境中抗生素抗性基因的多样性,并且完善目前已有的或构建新的宏基因组文库,从而为将来进行基因比对提供有力的参考。本文将综述宏基因组学在人类、动物和环境中微生物抗生素抗性基因检测的应用,以期为未来评估抗性基因风险和解决抗生素耐药性问题提供技术支持。     

不同环境介质中抗生素耐药性的检测方法研究进展

抗生素在医疗和畜禽养殖业的大量使用增加了环境中抗生素抗性微生物(ARB)和抗性基因(ARGs)的丰度与多样性,加速了抗生素耐药性在环境中的传播,给人类公共健康造成潜在威胁。但目前对于环境中耐药性的污染现状缺少足够的信息,相关研究方法亟待优化和完善。本文通过综述环境中抗生素耐药性的国内外研究现状,探讨了不同环境(水、土壤、空气等)样品的采集方法以及耐药性的检测方法——传统微生物培养法和分子生物学方法(如定性与定量PCR、DNA杂交及微阵列技术、宏基因组学方法等),旨在为多环境介质中抗生素耐药性的研究提供科学依据和技术支持。     

通过宏基因组分箱方法揭示南极联合冰川土壤中ARG宿主

抗生素抗性基因(ARGs)引起的抗菌素耐药性(AMR)对人类健康构成日益严重的威胁.准确鉴定ARG宿主对于评估AMR从环境向人类病原菌传播的风险至关重要,但目前对原始环境中ARG宿主的研究鲜有报道.本研究基于从NCBI下载的南极土壤宏基因组测序数据,利用宏基因组学组装和分箱技术对联合冰川地区中ARG宿主的分布、抗性机制...     

宏基因组分析城市休闲水域九山湖的微生物群落结构和抗性基因（英文）

【背景】城市水环境正面临着严峻的抗生素抗性基因(antibiotic resistance genes,ARGs)污染。然而关于城市休闲水域中ARGs的研究较少。【目的】对城市休闲水域夏冬季节的微生物群落和抗性基因组成进行研究分析,促进对休闲水域水生生态系统的认识。【方法】基于高通量测序技术,对休闲湖泊九山湖夏季和冬季的微生物及ARGs组成进行分析。【结果】在夏季和冬季样本中分别检测到148门和152门。变形菌门(Proteobacteria)和放线菌门(Actinobacteria)是两个季节样本的主要菌门。夏季优势属为聚球藻属(Synechococcus),冬季优势属为Liminohabitans。此外,共鉴定出449种抗性基因型(304种是两个季节所共有的抗性基因,66种是夏季特有的抗性基因,79种是冬季特有的抗性基因)。夏季样本中ARGs的相对丰度显著高于冬季。MCR-1.2和BcI分别是夏季和冬季水样的主要ARGs。九山湖样本检测到的抗性基因的耐药机制主要是抗生素外排、抗生素失活或抗生素靶位改变。冗余分析(redundancy analysis,RDA)和典型对应分析(can...     

污水处理厂生物气溶胶抗生素抗性污染特征、来源及潜在风险

污水处理厂是抗生素抗性基因（antibiotic resistance genes,ARGs）和抗生素抗性细菌（antibiotic resistant bacteria,ARB）重要的源和汇,生物气溶胶是ARGs和ARB自污水处理厂向周边环境释放的关键载体。目前缺乏对污水处理厂生物气溶胶抗生素抗性污染特征、来源及潜在风险的系统性总结。本文从采样方法、检测方法、逸散特征、来源、潜在危害和风险评估等方面对污水处理厂抗生素抗性污染研究现状进行综述。惯性采样法和过滤法是常用的污水处理厂抗生素抗性生物气溶胶主要采集方法,而宏基因组测序、组装和分箱为其ARGs组成、可移动性和宿主提供了有效的检测方法,抗多药类、抗杆菌肽类、抗氨基糖苷类、抗四环素类、抗β-内酰胺类、抗磺胺类、抗大环内酯类和抗糖肽类等抗性基因在污水处理厂PM₁₀、PM_2.5和PM_1.0颗粒物中广泛检出。格栅间、生化反应池和污泥处理单元是污水处理厂PM₁₀、PM_2.5和PM_1.0负载ARGs和ARB的主要释放单元。污水处理厂不同粒径生物气溶胶中致病性ARB的存在增加了抗生素治疗的难度,而污水和污泥对ARGs和ARB的释放起到了重要的源的贡献。本文在研究内容、研究技术和控制策略等方面也提出了相关展望,以期为污水厂生物气溶胶抗生素抗性污染的监测和防护提供参考和借鉴。     

环境中胞内胞外抗性基因的分离检测、分布与传播

抗生素抗性基因(ARGs)传播对人类健康具有潜在的风险。胞内抗性基因(iARGs)和胞外抗性基因(eARGs)是抗生素抗性基因的两种存在形式,其在不同环境介质中的分布与传播过程具有截然不同的特征。本文首先基于ARGs赋存形态的差异,对染色体抗性基因、质粒抗性基因、噬菌体抗性基因等ARGs的胞内/胞外分类给予明确界定,并根据环境样品来源归纳了现有分离检测技术的应用场景,总结了iARGs和eARGs在养殖场、污水处理厂、河道、海洋、大气等环境中的分布特征,同时比较了其在传播方式和传播能力上的差异,以期为ARGs的分类阻控和健康风险评估提供理论参考。     

宏基因组分析城市休闲水域九山湖的微生物群落结构和抗性基因

【背景】城市水环境正面临着严峻的抗生素抗性基因(antibiotic resistance genes,ARGs)污染。然而关于城市休闲水域中ARGs的研究较少。【目的】对城市休闲水域夏冬季节的微生物群落和抗性基因组成进行研究分析,促进对休闲水域水生生态系统的认识。【方法】基于高通量测序技术,对休闲湖泊九山湖夏季和冬季的微生物及ARGs组成进行分析。【结果】在夏季和冬季样本中分别检测到148门和152门。变形菌门(Proteobacteria)和放线菌门(Actinobacteria)是两个季节样本的主要菌门。夏季优势属为聚球藻属(Synechococcus),冬季优势属为Liminohabitans。此外,共鉴定出449种抗性基因型(304种是两个季节所共有的抗性基因,66种是夏季特有的抗性基因,79种是冬季特有的抗性基因)。夏季样本中ARGs的相对丰度显著高于冬季。MCR-1.2和BcI分别是夏季和冬季水样的主要ARGs。九山湖样本检测到的抗性基因的耐药机制主要是抗生素外排、抗生素失活或抗生素靶位改变。冗余分析(redundancy analysis,RDA)和典型对应分析(canonical correspondence analysis,CCA)结果表明,环境因子与微生物群落和抗性基因的分布显著相关。【结论】九山湖冬季和夏季的微生物群落结构和抗性基因组成存在明显差异,为进一步认识和了解城市休闲水生生态系统的结构提供了有用的信息,并强调了水体的ARGs污染可能造成的健康危害。     

环境抗生素抗性基因研究进展

抗生素耐药性及其在全球范围内的传播已成为国际关注的热点。本文结合最新文献,综述了抗生素抗性基因在环境中的来源、传播、分布以及新型抗性基因的发现等方面的研究进展。环境中抗生素抗性基因的来源主要是环境中细菌的内在抗性基因及随人或动物粪便排到体外的抗性细菌。功能宏基因组学技术的应用极大地丰富了人们对抗生素抗性组学的认知,并已从环境中筛选到多种新型抗性基因。近年来,由于抗生素在医疗以及养殖业中的大量使用,增加了抗性基因在环境中的丰度和多样性,加速了抗性基因在环境中的传播,在多种环境介质(如养殖水域、污水处理厂、河流、沉积物和土壤等)均检测到多种高丰度的抗生素抗性基因。我们建议今后在以下方面开展深入研究:(1)抗性基因传播和扩散的机制;(2)新型抗性基因筛选和抗性机制;(3)抗生素和抗性基因环境风险评估体系等。     

抗生素抗性基因检测方法发展历程及应用现状

耐药性的传播已引起全球广泛关注,抗生素抗性基因(antibiotic resistance genes, ARGs)检测技术的开发是研究ARGs在环境-动植物-人群中迁移传播的关键。本文梳理了现有核酸检测技术的发展历程及首次应用于ARGs检测的时间节点,并从检测原理、应用优缺点、开发潜力等方面对各技术进行分类综述。在此基础上提出以等温扩增结合CRISPR/Cas技术为核心的ARGs原位快速检测技术的开发及应用前景展望。本综述旨在回顾各技术发展历程的基础上,为ARGs新检测技术的开发及应用提供参考,为耐药性传播的研究及控制提供技术支撑。     

气溶胶中抗生素抗性基因研究进展

抗生素的不合理使用导致细菌耐药问题日趋严峻,给人类健康造成巨大威胁。学者们对抗生素抗性菌和抗生素抗性基因(antibiotic resistance genes, ARGs)在多种环境介质中的环境行为开展了大量研究。气溶胶作为ARGs的潜在储存库,是抗生素抗性基因在环境中的重要传播途径之一。目前缺乏对其来源、传播、人类接触和健康风险系统性的梳理。本文针对人类生活功能场所、养殖场、城市污水处理厂和医院等4类气溶胶研究的典型场所,重点综述了上述4类典型场所中气溶胶ARGs的来源、传播途径及对人体的暴露和对健康的危害,为气溶胶中ARGs的预防和控制提供参考。     

淡水环境中微塑料对微生物耐药性的影响

微塑料和抗生素抗性基因(ARGs)作为2种主要的新兴污染物,在水生环境中共存,两者之间相互作用形成的复合污染日益引起人们的关注。微塑料可以选择性富集周围环境中的微生物和ARGs,形成生物膜,为ARGs提供潜在宿主。微塑料形成的独特“塑料圈”对于了解淡水环境中微塑料的形态和ARGs传递至关重要。本文重点综述了微塑料选择性富集水体中ARGs和微生物群落,讨论了微塑料表面抗性基因水平转移的机制,对未来淡水中微塑料及ARGs相关研究的重点方向进行了展望,以促进科学解决微塑料污染。     

抗生素抗性基因的生态风险研究进展

自抗生素被发现和使用以来,其在人类和动物疾病预防与治疗、提高动物生产等方面均发挥了重要作用。但抗生素的批量生产及大量应用,特别是在养殖业和临床医疗上的滥用,导致抗生素抗性基因(ARGs)在环境中普遍存在,其借助质粒、转座子、整合子等可移动元件通过接合、转座、转化等方式在环境中广泛传播,导致微生物药性不断增强,对人类健康和生态安全造成严重威胁。当前,ARGs对人类健康的影响已受到高度关注,但有关ARGs在环境中的生态风险研究还相对薄弱。本文综述了ARGs污染的现状及其生态风险,并对该领域中未来研究重点进行了展望,以期为今后抗性基因的研究和生态防控提供参考。     

土壤噬菌体及其介导的抗生素抗性基因水平转移研究进展

土壤中抗生素耐药性的扩散对全球的公共卫生和食品安全造成威胁,严重挑战人类感染类疾病的预防与治疗.噬菌体介导的抗生素抗性基因(ARGs)的水平转移是环境中抗性基因扩散的重要机制.但是,噬菌体对土壤环境中抗性基因传播的贡献尚未见报道.本文综述了土壤环境中噬菌体的分布特征与影响因子,总结了纯化和富集土壤噬菌体的主要研究方法;...     

基于宏基因组技术解析南极不同纬度地区土壤抗生素抗性基因的分布与迁移

[目的] 南极洲不同地区环境极端多样,且受人类活动影响不一。本研究旨在探究南极不同纬度地区土壤抗生素抗性基因（ARGs）的分布特征与迁移机制。[方法] 下载南极不同纬度地区及加拿大阿尔伯特地区养殖场附近土壤宏基因组数据集,利用MetaWRAP进行组装,使用CARD、PlasFlow和ICEberg数据库对ARGs与可移动遗传元件（MGEs）进行注释。[结果] 在南极不同纬度地区土壤中,优势菌门为变形菌门、放线菌门、拟杆菌门和厚壁菌门。共注释出25类406种ARGs,以多重耐药类、四环素类及氨基糖苷类抗生素抗性基因为主。NMDS分析结果表明,南极不同纬度地区与养殖场附近土壤中ARGs的分布特征显著不同（ANISOM,P=0.001）。南极高纬度地区ARGs占总基因数的比例为0.28%,显著低于低纬度地区（1.93%,P<0.01）。不同抗生素类型的ARGs呈现不同的区域分布模式,其中硝基咪唑类、氨基糖苷类、糖肽类与大环内酯类ARGs主要分布在南极高纬度地区,四环素类与磺胺类ARGs主要分布在南极低纬度地区（P<0.05）。南极土壤中ARGs的迁移研究表明,质粒携带的ARGs占检测到的ARGs的17%。同时,共发现163个整合与接合元件（ICEs）可携带多抗耐药类、肽类和四环素类等14类ARGs。这些携带ARGs的ICEs主要分布于α-、β-与γ-变形菌纲中。[结论] 南极高纬度与南极低纬度地区土壤中ARGs的分布存在差异性,质粒与ICEs共同介导ARGs的迁移。本研究为进一步了解抗生素时代之前的原始抗性组提供数据基础。     

环境耐药组及其健康风险的宏基因组学研究策略和方法

抗生素耐药性在环境中的发展和传播对人体健康造成潜在风险。随着高通量测序技术和生物信息学方法的不断发展,宏基因组学技术被广泛应用于不同环境样本的抗生素耐药组研究。本文介绍了两种针对环境耐药组筛查的宏基因组学分析方法,总结了当前主流的生物信息学软件和数据库,并阐述了环境耐药组的风险评估框架和基于宏基因组学技术的相关实践,以期为环境耐药组的监测、风险评估和管控提供可行的路线图。     

海州湾近岸海域的微生物群落结构和抗生素抗性基因时空变化

【背景】近岸海域抗生素抗性基因(antibiotic resistance genes, ARGs)的污染和累积将直接影响海产品质量和安全,海州湾作为江苏省的四大渔场之一,是江苏渔业发展的主要载体,有多条大小河流注入,沿岸为重要农业区,对公众健康产生重大影响。【目的】对海州湾夏秋季的水样及沉积物展开微生物及ARGs检测。【方法】基于宏基因组测序技术开展海州湾夏秋两季近岸6个站点中水体和沉积物中ARGs种类和相对丰度以及微生物群落的组成研究。【结果】变形菌门(Proteobacteria)和放线菌门(Actinobacteria)是夏秋季度两种介质中最优势的门类,水样中优势的科级细菌为红细菌科(Rhodobacteraceae),沉积物样品中为脱硫杆菌科(Desulfobacteraceae);夏季水样中的ARGs相对丰度要明显高于秋季,但沉积物中不同季节的ARGs相对丰度未表现出明显的变化趋势;在水样中主要门级微生物群落的抗性机制主要是抗生素靶位替换和抗生素靶位保护,沉积物样品则以抗生素灭活机制为主,而主要科级微生物群落的抗性机制更加多样;冗余分析(redundancyanalysis...     

九龙江河口及厦门污水处理设施抗生素抗性基因污染分析

【目的】近年来由于抗生素的滥用,导致了多药物抗性超级细菌的产生,有关抗生素抗性基因(Antibiotic resistance genes,ARGs)在环境介质中分布、迁移和扩散已经引起人们的广泛关注。针对九龙江河口及厦门污水处理设施抗生素抗性基因污染情况开展研究。【方法】通过定性PCR研究九龙江河口水体、沉积物和厦门污水处理设施活性污泥中4种磺胺类、13种四环素类ARGs及2种整合子基因的污染情况,并选择四环素类tet(W)基因进行克隆文库测序分析。【结果】除tet(O)和tet(S)外,其他基因均被检出。不同环境介质中的ARGs及整合子基因检出率为活性污泥(0.86)>沉积物(0.57)>水体(0.24)。在淡水和淡盐水中,sul(l)、int(1)、tet(A)、tet(C)、tet(E)、tet(M)和tet(W)的检出率要高于海水,表明九龙江上游可能是ARGs的污染源之一。【结论】主成分分析表明污水处理设施是ARGs的高发载体;沉积物是ARGs的稳定载体;而水体中的ARGs易于分解。此外,tet(W)基因克隆文库分析表明,厦门污水处理设施也可能是九龙江河口及厦门沿岸的ARG污染源。     

污水处理厂中四环素和磺胺类抗生素抗性基因的分布、传播及去除

近年来,抗生素滥用造成的抗性基因(ARGs)污染问题引起了人们的关注.四环素及磺胺类抗生素由于价格低廉被广泛使用,大量残留的四环素和磺胺通过各种途径进入污水处理厂,并进一步导致ARGs的污染.为深入了解四环素和磺胺类ARGs的污染及治理现状,本研究对污水处理厂中四环素和磺胺类ARGs的分布情况及传播机制进行了综述,并重点讨论了不同污水处理工艺对ARGs的去除效果.在此基础上,从加大污水处理厂ARGs污染调查、改进污水处理工艺以及探讨ARGs传播机制等方面进行了展望.     

生物炭对土壤中抗生素抗性基因的阻控潜力及机制研究进展

土壤中抗生素抗性基因(ARGs)污染是全世界面临的重大环境和健康挑战,开发有效技术以减少其负面影响对维护土壤和人类健康至关重要。生物炭具有高碳含量、大表面积、良好的吸附性能和经济优势,可能是一种非常合适的阻控材料。其对ARGs的阻控作用可能归因于以下3种机制: 1) 吸附某些污染物,如抗生素和重金属,减弱ARGs的共选择性压力;2) 通过改变土壤理化特性影响微生物种群结构,从而限制细菌之间ARGs的水平转移;3) 通过吸附或破坏质粒、转座子、整合子等水平转移载体,直接减弱基因水平转移能力。但生物炭对ARGs的阻控效果取决于生物炭的物料来源、热解工艺和添加水平等。此外,生物炭的老化可能会降低其阻控ARGs的效果。生物炭的内源性污染物,如多环芳烃和重金属,也可能导致环境中特定抗生素抗性细菌的富集或诱导水平基因转移。在后续研究中,应根据土壤环境选择合适的生物炭种类,并采取生物炭老化控制措施,以进一步提高生物炭对ARGs的阻控作用。     

不同施肥处理农田土壤中噬菌体与细菌携带抗生素抗性基因的比较北大核心CSCD

为了揭示有机肥和化肥长期施用对农田土壤噬菌体携带的抗生素抗性基因(antibiotic resistance genes,ARGs)多样性和丰度的影响,并与土壤细菌携带的ARGs进行对比,本文将土壤抗生素抗性分为细菌和噬菌体两个部分,利用微滴数字PCR(droplet digital PCR,ddPCR)技术定量分析了土壤噬菌体和细菌DNA中25种ARGs亚型和I类整合子(intl1)的丰度。结果表明,土壤噬菌体中ARGs的检出率和总丰度以及intl1丰度均低于土壤细菌,其中噬菌体中检测到20种ARGs亚型,在不施肥、单施化肥和单施有机肥土壤的噬菌体中,目标ARGs的检出率分别为68%、72%和76%。土壤噬菌体中ARGs的总丰度在有机肥施用土壤中显著高于不施肥和化肥施用土壤(P<0.05),其中多耐药类、大环内酯-林肯酰胺-链阳性菌素B(MLSB)类和β-内酰胺类抗性基因丰度占显著优势。除了β-内酰胺类抗性基因blaTEM,噬菌体中其他ARGs亚型的丰度均显著低于细菌(P<0.05)。噬菌体与细菌携带ARGs在不同施肥处理中均存在显著正相关(P<0.05)。冗余分析结果显示,施肥可能通过改变土壤pH、重金属和营养因子水平来影响细菌和噬菌体中ARGs的赋存特征。本研究结果表明,噬菌体是除细菌之外的农田土壤另一个重要ARGs储存库,施用有机肥能同时显著提高土壤细菌和噬菌体中ARGs的多样性和丰度。