与苔藓相关的代谢物能够减少城市环境中耐抗生素的肠杆菌目细菌的数量

《Journal of Hazardous Materials》：Moss-associated metabolites decrease antibiotic-resistant Enterobacterales in urban environment

【字体：大中小】 时间：2026年06月07日 来源：Journal of Hazardous Materials 11.3

编辑推荐：

　　张少阳|王璐|张天伦|陈全|马斌|王轩|吴迪|彼得·康维|朱东中国科学院城市环境研究所区域与城市生态国家重点实验室，宁波观测研究站，中国厦门361021摘要人类活动加剧了抗生素抗性基因（ARGs）的传播，威胁着环境和公共健康。植物代谢物与微生物的相互作用通过改变土壤环境在减轻AR

张少阳|王璐|张天伦|陈全|马斌|王轩|吴迪|彼得·康维|朱东

中国科学院城市环境研究所区域与城市生态国家重点实验室，宁波观测研究站，中国厦门361021

摘要

人类活动加剧了抗生素抗性基因（ARGs）的传播，威胁着环境和公共健康。植物代谢物与微生物的相互作用通过改变土壤环境在减轻ARGs方面发挥着关键作用。然而，苔藓及其代谢物在自然环境中减轻ARG风险的作用仍很大程度上未被探索。在这项研究中，我们在城市和郊区公园对覆盖有苔藓的土壤和裸露的土壤进行了对比调查，发现苔藓覆盖显著减少了ARG的数量。这种缓解效果在城市公园中最为明显，因为人类活动导致肠杆菌目的显著富集，而这种微生物是ARG谱型中的主要宿主，与ARG水平密切相关。苔藓的存在通过其在土壤中选择性积累的次级代谢物cristacarpin抑制了这些高风险宿主。微宇宙实验进一步证实，cristacarpin减少了肠杆菌目和ARGs的数量，而分子模拟表明这种效应可能与cristacarpin结合MlaC蛋白有关，MlaC蛋白参与外膜脂质的运输和完整性。对全球2938个土壤样本的已发表数据进行比较后确认，在人类影响较大的地区肠杆菌目的数量始终较高，这突显了苔藓在全球受人类影响地区减轻ARG传播的潜力。我们的发现支持将苔藓视为一种可扩展的、基于自然的策略，有助于限制ARG的传播，为减轻全球人为干扰环境中的抗菌素抗性风险提供了新的机会。

引言

抗生素抗性基因（ARG）的传播目前对未来的人类和动物健康构成了最大的挑战之一[1]。土壤是ARG的主要储存库[2]，它们不仅受到环境污染物的影响，还受到生态系统内微生物动态的影响[3]。ARG的增殖破坏了微生物群落结构，削弱了维持土壤健康和生态恢复力的关键生态系统功能[4]，[5]。此外，ARG可以通过环境暴露水平转移到与人类相关的细菌中，导致多重耐药性病原体的出现和传播，威胁临床治疗效果和全球公共卫生[6]。在城市环境中，多种污染源和频繁的人与土壤接触进一步增加了ARG进入与人类相关微生物组的潜力，加剧了耐药性病原体的传播，增加了对人类健康的威胁[7]。了解调节ARG积累的生态过程对于维持土壤生态系统的稳定性和减轻城市环境中的抗性相关健康风险至关重要。

城市绿地越来越被认为是可持续城市的关键组成部分，提供了多种生态系统服务，包括污染缓解、微气候调节和缓冲人类活动[8]，[9]。植物代谢物在调节植物与微生物之间的相互作用中起着关键作用，积极重塑土壤微生物群落[10]。已知植物通过向环境中释放次级代谢物间接影响ARG的数量和移动性，这些代谢物可以改变潜在宿主并调节水平基因转移的条件，这一点在湿地和农业生态系统中得到了证明[3]，[11]，[12]。以往的研究主要集中在大规模的城市绿地系统，如森林和湿地[13]，[14]，而较小规模的组成部分，特别是那些以苔藓等低等植物为主的系统则被忽视。苔藓是广泛分布的先锋植物，覆盖了地球上超过9.4 × 10⁶平方公里的表面，并在城市环境中普遍存在，它们通常在暴露的土壤和其他阴凉潮湿的微生境中生长[15]，[16]。通过与表层土壤形成紧密的界面，苔藓可以通过颗粒拦截、水分保持和代谢物释放来改变局部微生境，从而影响土壤微生物群落的组成[17]，[18]。ARG的数量与微生物群落的组成和多样性密切相关[19]，因此我们假设苔藓有可能通过调节微生物群落来影响ARG的传播。然而，尽管苔藓普遍存在并且具有与土壤微生物相互作用的潜力，但它们如何在城市土壤中调节ARG仍很大程度上未知，这是一个关键的知识空白。

人类活动深刻地重塑了土壤微生物群落，通常有利于像肠杆菌、假单胞菌和鲍曼不动杆菌这样的富集营养型和潜在致病性分类单元，这些分类单元以其适应性和获取及传播抗性的能力而闻名[3]，[20]，[21]，[22]。它们在城市土壤中的普遍存在与人类活动驱动的微生物群落结构变化相关的假设一致[23]。在这种情况下，植物衍生的代谢物越来越被认为是调节微生物群落组成的关键因素。通过向周围环境释放特定化合物，植物创造了化学信号，影响哪些微生物分类单元能够繁荣[24]。例如，某些叶源化合物已被证明可以富集假单胞菌种群并增加ARG的数量[3]。鉴于植物衍生代谢物在微生物群落中的潜在调节作用，我们假设在城市土壤中，苔藓可能会调节释放到土壤中的特定次级代谢物的数量，从而影响特定的微生物分类单元，进而影响ARG的水平。此外，这些效应的强度和方向可能取决于人类干扰的程度，可能导致不同城市和郊区景观中的ARG调节模式存在差异。

为了验证这些假设，我们在城市和郊区公园对覆盖有苔藓的土壤和相邻的裸露土壤进行了对比调查（图S1），以：（i）评估苔藓覆盖对土壤中ARG数量的影响，（ii）确定驱动城市抗性组差异的微生物分类单元，（iii）通过非靶向代谢组学、多组学整合、验证实验、分子对接和分子动力学（MD）全面阐明苔藓特异性代谢物、ARG和关键微生物群体之间的相互作用。我们还检查了全球不同干扰梯度下ARG抗性组中关键微生物宿主的分布，作为将我们的局部发现与全球人类影响联系起来的第一步。通过这种多尺度和多组学方法，我们的研究旨在揭示苔藓系统在调节微生物群落和ARG动态中的未被认识的作用，为基于自然的策略提供新的见解，以减轻城市景观中的抗生素抗性环境风险。

章节片段

研究地点和样本收集

我们在中国的12个公园进行了对比土壤调查，根据人口和社会经济指标将这些公园分为城市和郊区（图S1和表S1）。我们收集了每个采样点的永久人口密度、GRP、政府收入和支出、人均可支配收入和消费支出等数据，以区分城市和郊区。这些指标在城市地区系统性地更高

苔藓通过改变ARG谱型中的微生物宿主来减少土壤中的ARG数量

与裸露土壤相比，覆盖有苔藓的土壤中的ARG数量减少了7.5%（p = 0.006；图1A）。此外，苔藓覆盖减少了高风险ARG的数量9.7%（p = 0.017；图S2），包括对杆菌肽抗性的基因显著减少（-9.3%，p = 0.018）、多重耐药剂（-11.3%，p = 0.001）和多粘菌素（-36.7%，p = 0.001）。苔藓覆盖使城市公园中的ARG数量从0.122减少到0.107（p = 0.003；图1B），但在郊区没有显著影响

讨论

我们的分析表明，苔藓覆盖显著减少了土壤中ARG的数量，包括杆菌肽、MLS、多重耐药和多粘菌素抗性等高风险类别。杆菌肽和MLS抗性基因可以促进抗性特征在环境微生物群落中的持续存在和传播[59]，而多重耐药和多粘菌素抗性严重限制了对病原菌的治疗选择[23]，[60]。此外，苔藓覆盖还减少了多种功能

结论

随着快速的城市化，了解城市植被如何调节土壤抗生素抗性基因（ARGs）对于减轻公共卫生风险至关重要。这项研究表明，苔藓覆盖可以显著减少城市公园土壤中的总ARG数量和高风险ARG以及肠杆菌目的数量。我们进一步证明，苔藓覆盖改变了土壤代谢物谱型，特定的苔藓次级代谢物的变化与ARG的数量密切相关

环境意义

作者贡献

张少阳和王璐构思了这项研究，设计了方法论并起草了手稿。张天伦进行了数据分析，参与了可视化工作并修订了手稿。陈全和马斌参与了数据收集和手稿修订。王轩和吴迪提供了方法学支持并修订了手稿。彼得·康维参与了生态解释和手稿修订。朱东监督了项目，获得了资金支持，并

CRediT作者贡献声明

吴迪：写作——审稿与编辑，资金获取，数据管理。王轩：验证，数据管理。朱东：写作——审稿与编辑，初稿写作，验证，资金获取，概念化。彼得·康维：写作——审稿与编辑，监督。陈全：初稿写作，方法论，调查。张天伦：初稿写作，可视化，方法论，调查。王璐：初稿写作，可视化，正式分析，

利益冲突声明

致谢

联系信箱：

摘要

引言