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                        【中國科學報】警惕!抗生素抗性基因在土里傳遞

                        2022-06-22 中國科學報 張楠
                        【字體:

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                          如今,抗生素耐藥性的擴散已經嚴重威脅全球人類健康。科研人員正在不同領域從不同角度研究這一問題。

                          日前,中科院城市環境研究所(以下簡稱城環所)朱永官院士團隊在《環境科學與技術》發表文章稱,根據其對土壤食物網中動物抗生素抗性基因(ARGs)變化規律的研究,ARGs會通過土壤食物網進行傳遞,并且土地利用的變化會進一步影響這種傳遞。

                          文章第一作者、城環所副研究員朱冬對《中國科學報》表示,這個結果說明,在一體化健康(One Health)背景下,評估土壤污染對人類的危害時,應考慮ARGs隨土壤食物網傳遞的風險。

                          土壤生態系統成“熱區”

                          抗生素耐藥性在環境細菌中普遍存在。然而,近年來,由于抗生素在人類和牲畜中的過度使用,環境中ARGs的數量和豐度迅速增加。

                          許多研究已經證實,畜禽糞便有機肥的施用正在使土壤生態系統成為ARGs傳遞的“熱區”。而參與眾多土壤生態過程的土壤動物成為ARGs的“隱藏庫”。

                          土壤動物,比如蚯蚓、蝸牛以及其他土壤中的小昆蟲等,是土壤生態系統的重要組成部分,具有許多重要生態功能。

                          朱冬介紹,“由于畜禽糞便有機肥富含有機物,當其施用至土壤后,會吸引土壤動物取食。這雖然幾乎已經成為共識,但在以往的相關研究中卻常常被忽略。”由此,施用有機肥料可能使土壤動物微生物群中的ARGs更加富集。

                          既往研究在土壤動物腸道中檢測到了多種抗菌物質和抗生素抗性基因,表明土壤動物可能有豐富的固有耐藥性。因而,土壤動物ARGs已成為土壤生態系統中抗生素耐藥性的重要組成部分。

                          此外,一些土壤動物是鳥和魚的理想食物。因此,土壤動物體內ARGs的變化可能會通過食物鏈影響鳥和魚體內ARGs的豐度,從而影響人類健康。

                          然而,此前大多數關于土壤動物ARGs的研究都是在單一地點或單一物種上進行的,尚未進行大規模、多物種的系統研究。

                          土壤食物網中ARGs變化規律

                          基于以上背景,城環所朱永官團隊自2017年開始,在全國范圍內選取了6個具有代表性的地點,收集了495個土壤動物樣品,其中涵蓋了線蟲、彈尾蟲、線蚓、甲螨和捕食性螨等土壤食物網中5個豐富且功能重要的動物群。

                          “地點是根據氣候帶選擇的,涵蓋了中國幾個主要氣候帶,并且我們在每處都選擇了兩種土地利用類型——農田和森林,以做比對。”朱冬介紹,所有樣品中共檢測到265個ARGs,“據我們所知,這項研究代表了從土壤食物網獲得的最大ARGs數據集,可能有助于了解ARGs在土壤食物網中的傳播”。

                          研究團隊采用高通量定量PCR(聚合酶鏈式反應)技術,闡述了樣品中動物ARGs的相對豐度、檢測數量和群落結構,確定了土壤動物群中的共有ARGs,以確定哪些ARGs更可能通過食物網傳播,并使用線性混合效應模型研究了食物網營養級水平和土地利用變化對土壤食物網中動物ARGs傳遞的影響。

                          研究結果表明,土壤動物中ARGs豐度顯著高于土壤樣品。此外,不同土壤動物類群之間ARGs具有顯著差異。在所有土壤動物類群中發現12個共享且高豐度的ARGs,占總ARGs豐度的17.4%。土壤動物ARGs的豐度與土壤動物在食物網中所處的營養級地位顯著相關。

                          并且,農田中土壤動物的ARGs豐度顯著高于森林。研究人員分析,施用有機肥料、農藥等人類活動,導致耕地比森林更容易受到重金屬、農藥和抗生素壓力影響。

                          在此基礎上,研究人員還使用幾種統計方法解釋了土壤食物網中ARGs傳遞的驅動因素。

                          為抗性基因的風險評估提供新思路

                          上述結果暗示,在土壤生態系統中,ARGs會通過土壤食物網進行傳遞——ARGs可以通過捕食與被捕食作用擴散,土地利用的變化則可能進一步影響ARGs的傳遞。因此該團隊建議,在一體化健康背景下,評估土壤污染對人類的危害時,應考慮ARGs隨土壤食物網的傳遞風險。

                          “現在許多蔬菜都是生吃的,其中的ARGs可以通過食物鏈傳遞給人類。”朱冬強調了這項研究的現實意義,“所以了解和管理土壤生態系統中ARGs的傳遞非常重要”。

                          該研究表明動物的營養級水平對土壤食物網中ARGs的變化有顯著影響。“這說明,我們可以通過調節土壤食物網中的關鍵動物物種來減緩ARGs在環境中的傳遞。”朱冬說。

                          期刊審稿人認為,該研究成果為土壤生態系統中抗性基因的風險評估提供了新思路。

                          朱冬也表示,動物、人與環境的健康息息相關,希望能在后續研究中再進一步,盡早將ARGs在環境中傳遞對人類健康、生態安全的風險予以量化。

                          相關論文信息:https://doi.org/10.1021/acs.est.2c00710

                          (原載于《中國科學報》 2022-06-22 第4版 綜合)
                        打印 責任編輯:閻芳

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