流动的耐药基因数据库：污水监测驱动抗菌素耐药性防控新范式

《The Innovation》：A flowing database: Harnessing sewage-based surveillance for antimicrobial resistance

本文针对抗菌素耐药性（AMR）导致的公共卫生危机，提出基于污水的基因组监测新策略。研究团队系统探讨了如何通过高灵敏度分子技术（如数字PCR和高通量qPCR）追踪污水中的耐药基因（ARGs），构建社区级AMR动态数据库，突破传统临床监测的滞后性局限。该研究为AMR的早期预警、成本优化和全球防控提供了创新性技术路径，发表于顶级期刊《The Innovation》。

　　

在抗生素滥用和环境污染的双重压力下，抗菌素耐药性（AMR）已演变为全球健康的“沉默 pandemic”。《柳叶刀》2024年系列研究显示，2019年全球有495万死亡案例与细菌性AMR相关，其中127万人直接死于耐药菌感染。若不加干预，未来十年AMR可能导致全球经济每年损失3.4万亿美元，新增2400万人口陷入极端贫困。耐药基因（ARGs）作为AMR的元凶，通过医疗、农业和废水排放等途径在微生物群落中疯狂传播，甚至借助气溶胶或食物链威胁人类健康。

传统AMR监测依赖医院病原菌分离和药敏试验，存在报告延迟、成本高昂和人群覆盖有限等瓶颈。而污水监测技术通过分析社区污水中的生物标志物，可实时反映区域人群的健康状态。香港在新冠疫情期间通过污水病毒监测成功预警社区疫情，证明该技术的公共卫生价值。然而，当前针对ARGs的污水监测仍缺乏标准化方案和风险评估体系。

为此，来自中国科学院、慕尼黑工业大学、赫尔辛基大学等机构的国际合作团队在《The Innovation》发表综述，系统阐述了污水监测技术在AMR防控中的创新应用。研究指出，污水如同“城市的血液”，整合了人群生活方式、代谢产物和病原体信息，是理想的社区健康指示系统。通过高灵敏度分子技术（如数字PCR和高通量qPCR），即使污水中ARGs浓度极低，也能实现精准定量。其中，高通量qPCR可同时检测384种ARGs，大幅提升监测效率并适用于大尺度研究。欧洲跨國研究已证实污水ARGs谱与临床耐药率高度相关，印证该技术的可靠性。

关键技术方法

研究强调需建立标准化监测框架，涵盖代表性采样点选择、样本DNA富集与纯化、高通量qPCR检测（可同步分析384个靶标）及数据解读。通过整合水文气象模型和化学分析，实现“一样多检”，成本仅为临床监测的0.1%。重点采用数字PCR（无需标准曲线即可绝对定量低丰度ARGs）和高通量qPCR技术，对比宏基因组学更适用于低浓度靶标检测。

研究结果

1. 1.
   污水监测的公共卫生价值
   污水聚合数据可反映社区整体AMR负荷，避免个体采样偏差。相比临床监测，其非侵入性、低成本特性适于长期动态追踪，尤其适用于医疗资源匮乏地区。
2. 2.
   技术比较与标准化挑战
   数字PCR灵敏度高但通量有限，高通量qPCR平衡成本与效率，更适合大范围应用。目前缺乏ARGs风险分级标准，需结合人类关联性、致病性和基因移动性（如质粒传播）建立四阶风险模型（显著风险-低风险）。
3. 3.
   环境与临床耐药性的关联
   研究发现环境ARGs（如天然抗性组）可能通过水平基因转移转化为临床威胁，强调需同步监测真菌耐药基因和污染物协同效应。

结论与展望

污水监测通过构建“流动的ARGs数据库”，为AMR防控提供早期预警、干预评估和进化预测能力。未来需整合多组学数据、优化移动遗传元件追踪技术，并建立全球共享数据库。该技术有望成为“One Health”理念下联结环境、动物和人类健康的关键枢纽，为应对AMR这一全球挑战提供创新解决方案。