肠球菌是与奶牛场“环境-动物-人类”链条中的抗生素耐药性相关的潜在储存库:来自生态关联的证据

《Environmental Pollution》:Enterococcus is a potential reservoir associated with antibiotic resistance in the “environment-animal-human” chain of dairy farms: evidence from ecological linkage

【字体: 时间:2026年05月10日 来源:Environmental Pollution 7.3

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  李彦荣|侯茜茜|耿娟|龙金照|刘芳|闫海燕|陈帅银|朱静远郑州大学公共卫生学院,中国郑州450001摘要本研究采用“同一健康”(One Health)框架,分析了来自奶牛场的可培养细菌分离株的多样性、抗生素抗性特征以及抗生素抗性基因(ARGs)和移动遗传元件(MGEs)的分布情况

  
李彦荣|侯茜茜|耿娟|龙金照|刘芳|闫海燕|陈帅银|朱静远
郑州大学公共卫生学院,中国郑州450001

摘要

本研究采用“同一健康”(One Health)框架,分析了来自奶牛场的可培养细菌分离株的多样性、抗生素抗性特征以及抗生素抗性基因(ARGs)和移动遗传元件(MGEs)的分布情况,以评估抗生素抗性在环境-动物-人类链条中的共现性和生态关联。共收集了94份空气样本、奶牛粪便(CF)和工人粪便(PF)样本,获得228株细菌分离株。所有分离株均接受了41种抗生素的测试,并筛查了118种ARGs、MGEs和毒力基因;其中61株肠球菌通过MLST进行了分型。肠球菌(26.75%,61/228)和肠杆菌(23.68%,54/228)是可培养细菌分离株中最常见的属。超过50%的分离株对多种主要抗生素类别具有抗性,多重耐药性(MDR)的总发生率为79.17%。共鉴定出79种ARGs/MGEs,其中33种形成了共享的抗性组(resistome)。统计分析显示,肠球菌的分离比例和MDR发生率在PF和CF样本之间无显著差异(χ2=4.38,P=0.036;χ2=0.006,P=0.941)。CF中的ARGs/MGEs总体比例显著高于PF和空气样本,且PF中的比例高于空气样本(所有P<0.05)。肠球菌是主要的ARG储存库(56种类型,47.45%),并携带高比例的MDR(85.25%)和毒力基因(例如cpd,75.41%)。MLST在所有样本类型中均检测到了医院相关的E. faecalis克隆。总之,肠球菌在奶牛场中是潜在的核心分类单元和ARG储存库,其抗性相关的特征在环境-动物-人类连续体中具有生态关联,这突显了需要持续监测的公共卫生问题。

引言

抗菌素耐药性(AMR)是21世纪全球主要的公共卫生挑战(GBD 2021 Antimicrobial Resistance Collaborators, 2024;The Lancet, 2024)。从“同一健康”的角度来看,人类医疗保健、动物养殖和自然环境中抗生素的过度使用和抗菌素耐药性的传播紧密相关,形成了一个复杂的传播网络(Okeke et al., 2024;Xin et al., 2024)。集约化畜牧场是抗菌素耐药性(AMR)产生和传播的关键热点,这主要是由于治疗和促进生长而广泛使用抗生素(Arnold et al., 2024;Cheng & Cheng, 2024)。值得注意的是,农场中的AMR问题不仅包括耐药细菌,还包括通过移动遗传元件(MGEs)在多种细菌群体和宿主之间水平转移抗生素抗性基因(ARGs)(Wan et al., 2025)。通过这种机制,ARGs可以跨越物种屏障,最终从环境和动物共生细菌转移到人类病原体中,从而显著增加公共卫生风险(Forster et al., 2022;F. Yang et al., 2021)。
目前,关于畜牧场抗菌素耐药性(AMR)的研究主要依赖于宏基因组学方法。虽然这些方法提供了全面的抗性组谱型(Maciel-Guerra et al., 2023;Yin et al., 2023),但它们无法区分检测到的抗生素抗性基因(ARGs)是存在于可存活的、可传播的、潜在致病性的细菌细胞中,还是来源于死亡细菌或细胞外DNA(Yuan et al., 2019;Zhang et al., 2018)。宏基因组学方法能够全面分析农场环境中的总抗性组,而本研究采用的培养依赖策略则专门针对可存活的、可传播的、潜在致病性的细菌分离株。值得注意的是,培养依赖策略仅能捕获部分可培养细菌分离株,因此此处呈现的结果反映了可培养细菌分离株的特征,而非整个可培养细菌群体。这两种方法的研究重点不同,也探讨了不同的科学问题:前者旨在全面了解农场环境的抗性特征,而后者对于准确评估抗菌素耐药性的实际传播潜力和公共卫生风险至关重要,这是本研究的重点。因此,基于可培养活性细菌分离株的研究对于准确评估耐药细菌的真实传播潜力和致病风险仍然是不可或缺的。
在畜牧场的复杂可培养细菌分离株中,某些机会性致病菌或共生菌可能在ARG的获得、富集和传播中起关键作用。这归因于它们独特的生物学特性——如强的环境适应性、固有的抗生素耐受性和活跃的水平基因转移能力——使它们能够在多个生态位中广泛分布(Crits-Christoph et al., 2022;Ding et al., 2025;Han et al., 2020)。然而,关于奶牛场中的“环境-动物-人类”连续体仍存在一些关键问题:哪些细菌群作为潜在的核心链接,以及这一过程的潜在机制和动态是什么?解决这些问题需要来自活性细菌菌株研究的更直接证据。
因此,本研究旨在利用“同一健康”视角和培养依赖策略,在奶牛场中:解析活性细菌群落及其抗性组在环境、动物和人类界面中的分布;确定连接这些生态位的关键细菌分类单元和共享的抗性基因;并重点关注肠球菌,通过综合表型、基因型、毒力和分子分型分析,揭示其与AMR传播的潜在生态关联,从而为有针对性的预防提供证据。

章节片段

研究地点和样本收集

本研究在中国河南省焦作市的两个集约化奶牛场进行。采样于2019年10月,为一次横断面调查。共系统收集了94份样本,来自三个相互关联的来源:67份奶牛粪便样本、23份工人粪便样本(已获得知情同意和伦理批准,批准编号[ZZUIRB2019-014])和4份空气样本。所有样本在采集后立即放入无菌容器中并运输...

分离株的多样性和在环境-动物-人类样本中的分布

为了分析奶牛场环境中活跃耐药细菌的分布,本研究收集并分析了来自两个农场的94份样本(空气样本[AS]:n=4,奶牛粪便[CF]:n=67,工人粪便[PF]:n=23),成功分离出228株非重复细菌株。
16S rRNA基因测序鉴定出228株细菌分离株,涵盖3个门、16个属和47个物种(图1A)。革兰氏阳性细菌略微占多数(56.14%,128/228),高于革兰氏阴性细菌(43.86%)...

畜牧场作为多重耐药机会性病原体的储存库和来源

在本研究中,来自繁殖场样本的细菌分离株中有74.12%被鉴定为机会性病原体。这一发现强调了繁殖场作为人畜共患病病原体潜在储存库的作用,并突显了其相关的公共卫生风险(Zhu et al., 2024)。肠球菌(26.75%)和肠杆菌(23.68%)是在可培养细菌中最常分离出的属,这可能受到培养依赖方法和系统生存偏差的影响。

局限性和展望

本研究的局限性在于样本量和地理范围。未来的研究需要扩大样本范围和采样频率,并采用纵向设计来观察抗性基因的动态变化。由于未考虑采样的季节性差异,一些AMR分布特征(如温度和湿度对ARGs分布的影响)可能无法完全揭示。未来,我们将优化研究设计...

结论

总之,通过整合关于可培养细菌的群落结构、抗性表型、基因型和分子流行病学的数据,本研究提供了证据,表明肠球菌是奶牛场环境-动物-人类连续体中可培养细菌群体中与AMR基因具有生态关联的关键核心分类单元。肠球菌中高风险克隆的出现和增殖伴随着高抗性和毒力...

CRediT作者贡献声明

李彦荣:撰写——原始草稿、可视化、调查、正式分析。闫海燕:验证、监督。刘芳:撰写——审稿与编辑、资源管理、数据整理。朱静远:撰写——审稿与编辑、监督、项目管理、概念化。陈帅银:撰写——审稿与编辑、监督、方法学、资金获取。龙金照:资源管理、项目管理、数据整理。耿娟:方法学、调查。侯茜茜:撰写——

GBD 2021 Antimicrobial Resistance Collaborators, 2024; Morandi et al., 2024; Yang et al., 2021.

利益冲突声明

?作者声明以下可能被视为潜在利益冲突的财务利益/个人关系:陈帅银报告获得了中国国家自然科学基金会的财务支持。如果还有其他作者,他们声明没有已知的财务利益或可能影响...

致谢

资助:本工作得到了中国国家自然科学基金会(编号82073618、U1804184)和河南省科技攻关项目(编号242102311147、252102310195)的支持。我们衷心感谢奶牛场所有者和工人在样本收集期间的参与和合作。
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