全球市政污水抗生素耐药性选择与负选择：47国实验揭示耐药性演化的双刃剑效应

《Nature Communications》：Antibiotic resistance selection and deselection in municipal wastewater from 47 countries

本研究针对市政污水作为抗生素耐药性（AMR）进化温床的争议，首次在全球尺度（47国样本）通过功能选择实验评估污水对大肠杆菌（Escherichia coli）耐药性的选择压力。结果显示，仅14国污水显著促进耐药性（如尼日利亚样本对5类抗生素均产生选择），而多数样本（40国）反而“负选择”耐药性。化学分析表明，抗生素浓度普遍低于大肠杆菌选择阈值，且与选择效果相关性弱，提示未检测化合物或混合物效应主导选择过程。该研究为污水环境AMR风险评估提供了关键实验证据，发表于《Nature Communications》。

　　

抗生素耐药性（AMR）已成为全球公共卫生的核心挑战，而环境介质（如污水）是否作为耐药基因（ARGs）进化与传播的“热点”始终存在争议。尽管基因学研究提示污水是耐药基因水平转移的温床，但污水混合物能否直接“选择”耐药菌株缺乏实证支持。更关键的是，以往研究多局限于局部样本或依赖化学浓度推测，无法揭示真实选择压力。

为此，由瑞典哥德堡大学D.G. Joakim Larsson团队领衔的国际研究小组，依托“全球污水监测计划”（Global Sewage Surveillance Project），对47个国家的未经处理市政污水进行系统性分析。通过功能选择实验结合化学检测，他们发现污水对耐药性的影响远非单向促进：多数样本反而清除耐药菌，仅少数地区污水呈现显著选择压力。这一颠覆性结果于2025年11月3日发表在《Nature Communications》，为AMR的环境风险管理提供了新视角。

关键技术方法

研究核心采用功能选择实验：将340株废水来源的大肠杆菌（Escherichia coli）合成群落或自然污水微生物群落，在含10% LB培养基的灭菌污水中连续传代3次（72小时），通过比较暴露前后菌落对5类抗生素（阿莫西林/克拉维酸、头孢噻肟、环丙沙星、磺胺甲噁唑/甲氧苄啶、妥布霉素）的耐药率变化，量化选择潜力。同步利用在线固相萃取-液相色谱-串联质谱（OSPE-LC-MS/MS）检测22种抗生素和20种生物杀菌剂浓度，并结合既往宏基因组数据分析ARGs与杀菌剂耐药基因（BRGs）丰度。样本覆盖全球49个城市污水，包括医院废水阳性对照。

研究结果

污水对耐药性的选择潜力呈两极分化

实验显示，14国污水（如尼日利亚、德国、美国威斯康星州）对至少1类抗生素耐药性产生显著正选择（p<0.05），其中尼日利亚样本对全部5类抗生素均具选择作用。相反，40国样本呈现“负选择”——耐药菌比例显著下降，尤其在加纳、巴西、瑞典等8国样本中，所有耐药类型均被抑制。值得注意的是，阳性对照（10 μg/L环丙沙星及瑞典医院污水）均强烈促进耐药性，而盐水对照组仅引起轻微下降，证实污水环境本身对耐药菌存在特异性压力。

自然群落验证实验一致性

为排除合成群落人工性干扰，团队选用6国污水样本（ Benin、黎巴嫩等）平行开展自然微生物群落实验。结果显示，两者选择/负选择趋势高度一致（如尼日利亚样本均促进耐药性，马达加斯加样本均抑制），证实实验结果可推广至真实污水微生物系统。

抗生素浓度普遍低于选择阈值

化学检测显示，21种抗生素被检出（仅氨苄西林未检出），但其浓度远低于大肠杆菌的1%最低抑菌浓度（1% lowest MIC）。尽管部分样本中磺胺甲噁唑、甲氧苄啶等浓度超过广义细菌的选择预测无效应浓度（PNEC），但其与实验观察的选择效果关联微弱（R²<0.20）。例如，南非样本环丙沙星浓度高达3165 ng/L（超过PNEC阈值），却未选择环丙沙星耐药性；而贝宁样本仅328 ng/L即引发显著选择。

生物杀菌剂驱动作用不明确

6类生物杀菌剂（如季铵盐化合物、酚类）被检出，但浓度均低于生长抑制水平，且与选择潜力无显著关联。水杨酸虽浓度最高（达265 μg/L），仍比已知共选择浓度低数个数量级，提示其非主要驱动因子。

混合物效应或未检测化合物或是关键

回归分析表明，抗生素与选择效果相关性弱，叶酸途径拮抗剂和克拉霉素仅与部分耐药类型呈弱相关（q=0.02–0.04）。国家人均用水量与ARGs丰度负相关，但与选择压力无关，提示污水组分复杂性或未分析化合物的相互作用可能主导选择过程。

结论与意义

本研究首次通过全球尺度实验证明：市政污水对抗生素耐药性的选择压力具有高度异质性，且多数环境更倾向于“清除”耐药菌，而非促进其扩增。这一“负选择”现象可能源于耐药性在低抗生素压力环境中的适应性代价（如代谢负荷），或本地菌株的环境适应性优势。尽管部分污水因未知混合物效应仍具风险，但整体结果表明，限制抗生素排放可削弱耐药菌在污水中的竞争优势。

成果对AMR管控策略有多重启示：

1. 1.
   污水治理需从“单纯削减抗生素”转向“控制复合污染物混合物”；
2. 2.
   耐药基因监测应结合功能实验，避免仅依赖基因丰度推断风险；
3. 3.
   负选择效应为生态干预（如优化污水处理工艺）抑制耐药传播提供新思路。

研究亦存在局限：单一样本代表国家、存储过程可能低估选择潜力，且大肠杆菌结论需拓展至其他物种。未来需深入解析污水组分互作机制，并在真实场境中验证选择动态。