肉鸡垫料源产超广谱β-内酰胺酶大肠杆菌向新鲜生菜转移的定量微生物风险评估

《Science in One Health》：Quantitative microbial risk assessment of extended‐spectrum β‐lactamase-producing Escherichia coli transfer from broiler litter to fresh lettuce consumption

为评估产超广谱β-内酰胺酶（ESBL）大肠杆菌（E. coli）从肉鸡养殖场经由环境（土壤、河流）污染新鲜蔬菜（生菜）并最终被人类摄入的健康风险，研究人员开发了一个模块化的定量微生物风险评估（QMRA）模型。该研究模拟了农场、土壤、河流和生菜消费四个模块的污染传播链。结果显示，消费者清洗生菜和延长垫料施用与种植之间的间隔时间能显著降低预测的健康负担，但残留污染依然存在，凸显了评估粪肥处理及灌溉水水质干预措施效果的价值。

　　

随着抗生素在人类和兽医医疗中的效力因耐药性问题而持续下降，寻找并阻断耐药细菌的传播途径成为公共卫生领域的当务之急。产超广谱β-内酰胺酶的大肠杆菌（ESBL E. coli）是典型的耐药菌之一，它能分解关键的β-内酰胺类抗生素，对公众健康构成严重威胁。在肉鸡养殖中，抗菌药物的使用施加了强大的选择压力，加速了此类耐药菌的出现和传播。更令人担忧的是，这些源自养殖场的细菌并未止步于农场边界。当肉鸡舍清空后，含有粪便、垫料等物的鸡粪（垫料）常被用作农田肥料，这使得它们摇身一变，成为环境中潜在的ESBL E. coli储存库。这些细菌可以在土壤中长期存活，通过降雨径流进入地表水和地下水，并可能污染灌溉水，进而污染供人类生食的农作物，如生菜。那么，这一系列复杂的环境迁移过程，最终会给食用者带来多大的健康风险？又该如何量化并管理这种风险？为了解决这些问题，一个由柏林自由大学的研究团队进行了一项开创性的研究，构建了一个定量模型来追溯污染从源头到餐桌的全过程，其研究成果发表在《Science in One Health》上。

为了回答上述问题，研究团队构建了一个集成的、模块化的定量微生物风险评估（QMRA）模型，将整个传播链分解为四个相互关联的核心模块：农场模块、土壤模块、河流模块和生菜消费模块。该模型采用随机（stochastic）模拟方法，每个模块运行1000次以反映自然变异。研究在模块衔接中采用了统一的时间基准（从垫料施用之日算起），并利用拉丁超立方抽样（LHS）和偏秩相关系数（PRCC）进行了全局敏感性分析，以识别影响暴露变异性的关键驱动参数。

农场模块：通过模拟一个为期36天的肉鸡养殖周期，研究团队使用随机易感-感染（susceptible-infectious）隔室模型来追踪鸡群内ESBL E. coli的定植动态。模型考虑了鸡只的初始定植率、肠道内细菌的生长（采用逻辑增长曲线模拟）、通过摄入被污染粪便的传播以及垫料中细菌的自然衰减。结果表明，鸡群内ESBL E. coli的传播非常迅速，在一周内定植率即接近100%。垫料中的细菌浓度在第8天达到峰值（3.76 × 10⁴CFU/g），到第36天养殖周期结束时，平均浓度降至1.60 × 10⁴CFU/g。

土壤模块：该模块模拟了肉鸡垫料（假设在鸡只出栏后立即施用）施用到农田后，土壤表面ESBL E. coli的负荷变化。细菌在土壤中的衰减采用基于实验数据拟合的一级指数衰减模型。结果表明，土壤表面的细菌负荷随着时间推移而下降，从施用当天的3.2 × 10⁷CFU/m²降至第100天的8.6 × 10⁵CFU/m²。

河流模块：该模块估算了每天从农田到河流的细菌径流量，采用了一种受土壤和水评估工具（SWAT）启发的简化方法。径流冲刷的细菌进入河流后，还受到水温、盐度、太阳辐射和水深等因素影响的河内衰减。结果表明，在垫料施用后第10天，河流中的ESBL E. coli浓度可达6.0 × 10^-2CFU/mL。

生菜模块：该模块模拟了在生长季节（35天）内，使用受污染的河水灌溉生菜的过程。模型考虑了灌溉日细菌在叶片上的附着、从灌溉到收获期间叶片上细菌的双相衰减（biphasic decay），以及收获后的清洗步骤。研究特别探讨了垫料施用与生菜种植之间的时间间隔（种植间隔）的影响。结果表明，通过食用生菜摄入的ESBL E. coli暴露量范围很广，从1.7 CFU/100g到7.6 × 10^?3CFU/100g。简单的家庭清洗能将暴露量降低约90%。种植间隔的延长能有效降低收获时的污染水平。

健康终点估计：研究将生菜的摄入剂量（每份100g中的CFU数）与健康结局相关联。通过使用肠道致病性大肠杆菌的指数剂量-反应模型作为胃肠道定植的替代指标，并应用条件概率将定植映射到尿路感染风险，最终以每份食物导致的伤残调整生命年（DALYs）来量化健康负担。结果表明，每食用一份生菜，引发尿路感染的风险在4.6 × 10^?12到 9.0 × 10^?9之间，而每份的DALY负担则在10^?10到 10^?8之间。

敏感性分析：全局敏感性分析显示，土壤-水分配系数和细菌在土壤中的衰减率是导致最终人类暴露变异性的最重要参数。

该研究得出的核心结论是，预测的人类健康负担（以DALYs衡量）随着消费者对生菜的清洗以及垫料施用与生菜种植之间间隔时间的延长而显著降低。这一发现为制定基于时间的田间管理措施（如遵守施肥与收获的间隔期）提供了量化依据。然而，研究也指出，即使经过清洗和等待，残留污染依然可能存在，这表明在真实环境中完全消除风险是困难的。

此项研究的重要意义在于，它首次构建了一个将肉鸡养殖场、改良土壤、受纳水体（河流）和生菜消费连接起来的模块化QMRA模型，专门针对ESBL E. coli，并使用了一套内部一致的假设。这个集成框架扩展了之前单一途径或通用大肠杆菌的评估模型，通过明确测试与农产品安全相关的“施用后时间”情景，为理解和管理抗生素耐药性通过环境-食物链传播的风险提供了有力的工具。研究结果强调了在评估减少环境负荷和人类风险的措施（如粪肥处理和改善灌溉水水质）的有效性方面具有重要价值。这项工作凸显了采取“一体化健康”策略来应对抗生素耐药性挑战的必要性，即将动物健康、环境健康和人类健康视为一个相互关联的整体进行综合风险评估和管理。