《Journal of Hazardous Materials Advances》：Environmental microbiome, resistome and plasmidome in agricultural areas with intensive poultry litter use: a metagenomic multicompartmental analysis of antimicrobial resistance gene dissemination
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为解决集约化禽类养殖中抗菌药物使用导致的抗生素抗性（AMR）环境传播问题，研究人员利用宏基因组学对禽粪、施肥土壤、佛手瓜根际、灌溉池塘水与沉积物等多环境室进行了抗性组、质粒组及微生物组分析。结果表明，禽粪是抗生素抗性基因（ARGs）和可移动遗传元件的热点储存库，携带tet(X4)等临床关键抗性基因的质粒样序列在多环境室中被检出，清晰地揭示了禽粪驱动下的ARGs传播途径，强调了“一体化健康”框架下改进废物管理策略的迫切性。
在人类与致病微生物的“军备竞赛”中，抗生素曾是我们的王牌武器。然而，随着抗菌药物在医疗和农业中的广泛甚至过度使用，抗生素抗性（Antimicrobial Resistance, AMR）正以前所未有的速度蔓延，被世界卫生组织列为全球十大公共卫生威胁之一。我们正滑向一个令人担忧的“后抗生素时代”，曾经轻易可治的感染可能再次变得致命。这场危机不仅发生在医院，更与我们餐桌上的食物息息相关。在集约化养殖场，大量使用的抗菌药物最终有很大一部分会随动物粪便排出。当这些富含药物残留、耐药细菌（ARB）和抗生素抗性基因（ARGs）的禽畜粪便被作为有机肥施用到农田，它们就成为了打开潘多拉魔盒的钥匙，将抗性污染引入土壤、水源乃至整个农业生态系统。但ARGs究竟如何从禽粪扩散到环境中？它们搭乘了什么样的“交通工具”？又会在哪些地方潜伏下来？这些问题亟待解答。为此，一项发表在《Journal of Hazardous Materials Advances》上的研究，如同一位环境侦探，运用先进的宏基因组学技术，对巴西家禽养殖区的多环境“车厢”——禽粪、施肥土壤、作物根际、灌溉水及底泥——进行了一次全景式“刑侦”，系统追踪了ARGs的传播路径与载体。
为了回答上述问题，研究团队在巴西里约热内卢州的两个家禽养殖农场进行了样本采集。研究的关键技术方法包括：1) 样本采集与预处理：在干季采集禽粪、非根际土壤、佛手瓜（Sechium edule）根际土壤、灌溉池塘水及底泥样本，每个类型设三个重复。2) 鸟枪法宏基因组测序：对样本提取的总DNA进行Illumina NovaSeq平台双端测序。3) 生物信息学分析流程：对原始数据进行质控、拼接，使用Kraken2进行物种分类注释，使用EggNOG-mapper和KEGG进行功能注释。4) 质粒组重建与ARGs检测：利用MOB-suite识别和分类推定质粒序列，使用ABRicate工具和CARD数据库筛查ARGs。5) 统计分析：采用双因素方差分析（ANOVA）和基于Bray-Curtis距离的非度量多维标度法（NMDS）分析微生物群落和ARGs组成的差异。
研究结果如下：
3.1. 不同环境室中微生物组的分类组成
对超过1900万条测序 reads 的分析显示，细菌域占主导（98.73%）。在门水平上，放线菌门（Actinomycetota）和假单胞菌门（Pseudomonadota）最为丰富，两者合计占比超过90%。禽粪样品中富含放线菌门和芽孢杆菌门（Bacillota），而水样中拟杆菌门（Bacteroidota）比例较高。这些优势类群与禽类肠道菌群相似，提示禽粪对其他环境室菌群的影响。
3.2. 微生物组的功能谱
功能注释将约1760万个基因归类到COG功能类别。其中，功能未知类别（S）占比最高（~15%），其次是氨基酸转运与代谢类别（E）。与防御机制相关的类别（V）在禽粪、土壤和根际样品中显著富集。基于KEGG直系同源基因的NMDS分析显示，微生物功能谱形成三个主要集群：禽粪、土壤/根际/沉积物、以及水。样品类型是造成功能差异的主要因素。
3.3. 不同样品类型的抗性组
禽粪样品拥有最丰富的ARGs多样性，共检测到117种不同的ARGs，其中97种是禽粪独有的。相比之下，土壤、根际、水和沉积物中的ARGs种类和丰度逐渐减少。一些关键ARGs的分布具有指示性：sul2（磺胺类抗性）基因在土壤中丰度显著较高；mtrA（大环内酯/青霉素抗性）基因在水和沉积物中更丰富；rbpA（利福平抗性）基因在所有环境室中均有检出。特别值得注意的是，能赋予最后防线抗生素替加环素抗性的tet(X4)基因在根际土壤样品中被检测到。
3.4. 跨样品类型的推定质粒中ARGs的存在
研究在多个环境室中检测到携带ARGs的推定质粒样序列。禽粪中含有数量最多的推定质粒。一些质粒组在多个环境室中被共享，表明它们可能作为ARGs传播的载体。例如：
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类似pBC16的可移动质粒（推测宿主为Bacillus cereus）在禽粪、非根际土壤和根际土壤中均被检出，携带tet(L)基因。
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类似pER24y-8ksm的非移动性质粒（推测宿主为Escherichia coli）在禽粪和根际土壤中被发现，其中一个根际土壤的质粒样序列携带tet(X4)基因。
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其他如R485样、pUO-SbR5样等质粒组也在禽粪与土壤间共享，携带包括aadA、sul1、sul2、floR在内的多种ARGs，呈现多药抗性共选择模式。
结论与讨论：
本研究在“一体化健康”框架下，通过宏基因组学多室分析，清晰地描绘了ARGs从禽粪向农业环境传播的图景。禽粪被证实是ARGs和可移动遗传元件的核心储存库与扩散源。其富含的独特且多样的ARGs，通过施肥行为被引入环境。研究发现，土壤、根际、水体和沉积物中均存在来自禽粪的ARGs，特别是sul2、mtrA、rbpA等基因的分布模式，直接指示了禽粪来源的扩散途径。
质粒介导的水平基因转移是ARGs传播的关键机制。研究最引人注目的发现之一，是在根际土壤中检测到携带tet(X4)基因的质粒样序列。tet(X4)基因能导致对替加环素（一种用于治疗多重耐药感染的最后防线四环素类抗生素）产生高水平抗性。该基因出现在推测宿主为大肠杆菌的质粒上，意味着这一临床极端重要的抗性决定因子已通过可移动遗传元件进入了农作物根际环境，构成了经食物链向人类传播的潜在风险。此外，多种在禽粪和土壤间共享的质粒上存在tet、sul、aadA等ARGs的共存现象，揭示了抗性基因可通过共选择在环境中持久存留与传播。
研究还发现，禽粪及受其影响的环境中存在着对多类重要临床抗生素（如四环素类、磺胺类、β-内酰胺类、大环内酯类、氟喹诺酮类）的抗性基因。尤其值得关注的是，编码万古霉素（治疗耐药革兰氏阳性菌感染的关键药物）抗性调控蛋白的vanRO基因在土壤和沉积物中占主导，暗示环境微生物可能具备在条件合适时激活糖肽类抗性通路的能力。
综上所述，这项研究提供了禽粪作为ARGs热点，通过可移动遗传元件向农业生态系统多室传播的确凿证据。它不仅证实了ARGs的环境扩散途径，更敲响了警钟：当前将未经充分处理的禽粪直接还田的农业实践，正在持续地将包括最后防线抗生素抗性在内的临床关键抗性基因注入环境，加速了耐药性在“动物-环境-人类”链条中的循环。研究结果强烈呼吁，必须在“一体化健康”视角下，重新评估和改进禽畜粪便的管理与资源化利用策略，以遏制抗生素抗性在环境中的蔓延，保障公共卫生安全和农业的可持续发展。
