基于社区污水监测的英属哥伦比亚省抗微生物药物耐药性增强型监测

《Scientific Reports》：Enhancing surveillance of antimicrobial resistant organisms in British Columbia through community-level wastewater testing

为解决传统临床监测对社区层面抗微生物药物耐药性（AMR）趋势的忽视问题，研究人员在英属哥伦比亚省开展了社区级污水监测研究。该研究通过检测污水中的碳青霉烯酶基因（blaNDM、blaKPC、blaOXA-48）及粘菌素耐药基因（mcr-1），发现这些基因全年存在且呈现季节性波动，其中blaOXA-48在污水中最为流行。研究结果揭示了污水监测在捕捉社区无症状携带者及早期预警方面的独特价值，为AMR监测提供了重要补充。

　　

论文解读

在全球公共卫生领域，抗微生物药物耐药性（AMR）正演变为一场无声的危机。每年，全球约有70万人死于耐药菌感染，其中，碳青霉烯酶产生菌（CPO）尤为令人担忧。这类细菌能产生一种名为碳青霉烯酶的水解酶，从而对被视为“最后防线”的碳青霉烯类抗生素产生耐药。一旦感染，往往治疗困难，导致住院时间延长和不良预后。更令人警惕的是，即使在CPO流行率历来较低的加拿大，其定植和感染率也在持续上升。

面对这一严峻挑战，监测是防控的关键。在加拿大英属哥伦比亚省（BC），自2014年一家医院暴发疫情后，该省启动了一项针对急症护理机构的CPO监测计划。该计划主要对具有特定风险因素（如境外就医、旅行史、接触史）的患者进行筛查，数据主要来源于医院。然而，这种以医院为中心的监测模式存在一个明显的盲区：它可能因采样偏差而低估了社区相关的病例。由于在公共领域进行大规模培养和分子筛查的成本高昂，我们对社区层面CPO的流行病学了解甚少。但现实是，CPO已在社区环境中建立，部分地区甚至报告了地方性流行水平。

那么，如何突破这一瓶颈，以更经济、高效的方式洞察社区层面的AMR动态？答案或许就隐藏在我们每天产生的污水中。在COVID-19大流行期间，污水监测（WWS）作为一种及时、经济且可扩展的社区监测方法重新受到重视。它能够捕获整个社区的集体微生物信号，揭示耐药基因的人群水平流行率，包括那些无症状个体或临床数据集中代表性不足的群体。因此，污水监测有望成为传统临床监测的有力补充，为AMR防控提供早期预警。

为了填补这一空白，来自英属哥伦比亚省疾病控制中心（BCCDC）和英属哥伦比亚大学的研究团队在《Scientific Reports》上发表了一项研究。他们利用污水监测技术，首次深入探究了英属哥伦比亚省城市中心污水中CPO和粘菌素耐药性的基线水平。该研究旨在通过结合污水和临床监测数据，更全面地了解CPO在医疗保健和社区环境中的水平。

关键技术方法

为了开展这项研究，研究人员在2022年1月至12月期间，从英属哥伦比亚省低陆平原地区的五个污水处理厂（WWTPs）收集了310份污水样本，这些样本覆盖了约240万人口。研究团队将临床检测中使用的多重定量聚合酶链反应（qPCR）技术成功应用于污水样本，以同时检测和量化四种关键的耐药基因：bla_NDM、bla_KPC、bla_OXA-48和mcr-1。为了控制污水输入量的变化，数据通过处理厂的流量进行了标准化处理，以计算每日基因载量。此外，研究还收集了同期来自两个卫生局（HA1和HA2）的临床病例数据，用于与污水监测结果进行对比分析。

研究结果

污水中的耐药基因趋势总结

研究结果显示，在2022年全年，四种目标耐药基因在英属哥伦比亚省的污水中被持续检测到。其中，bla_OXA-48的检出水平最高，其次是bla_NDM、bla_KPC和mcr-1。值得注意的是，这些基因在污水中表现出明显的季节性波动。bla_OXA-48、bla_NDM和mcr-1呈现出相似的趋势，在冬季和春季达到峰值，随后在夏季逐渐下降。而检出率较低的bla_KPC则表现出不同的模式，其水平在夏季达到峰值，随后在秋季下降。统计分析证实，bla_NDM在冬季和春季的水平显著高于秋季，bla_KPC在春季和夏季的水平显著高于秋季。

CPO临床监测

与污水数据形成对比的是，2022年临床监测数据显示，bla_NDM是临床样本中的优势基因，占所有病例的55.7%，其次是bla_KPC（22.6%）和bla_OXA-48（21.3%）。mcr-1仅在一例病例中被发现。在菌种分布方面，超过一半的分离株为大肠杆菌（E. coli），其次是克雷伯菌属（Klebsiella spp.）和柠檬酸杆菌属（Citrobacter spp.）。此外，研究还发现，在少数患者中存在多种碳青霉烯酶基因的共携带现象，其中bla_NDM和bla_OXA-48的共携带最为常见。有趣的是，当研究人员将每月临床病例总数与每月污水耐药基因总载量进行相关性分析时，并未发现两者之间存在显著相关性。

研究结论与讨论

这项研究通过污水监测，成功揭示了英属哥伦比亚省社区层面AMR的持续存在和动态变化。一个关键的发现是，bla_OXA-48、bla_NDM和mcr-1在冬季和春季的流行度更高。这一趋势与之前的研究报道一致，可能归因于冬季抗生素处方率和消费量的增加，以及低温应激反应可能增强了细菌的转化能力。

研究中最引人注目的发现之一是污水监测与临床监测在耐药基因谱上的差异。在污水中，bla_OXA-48是优势基因，而在临床样本中，bla_NDM则占主导地位。这种差异可能揭示了bla_OXA-48在社区中作为“沉默传播者”的角色。由于OXA-48酶对碳青霉烯类抗生素的活性有限，且在不与其他耐药机制共表达时更难被检测，因此可能在临床检测中被低估。污水监测则能够捕捉到这种在社区中广泛传播但临床报告较少的基因。

此外，尽管临床病例中仅报告了一例mcr-1阳性，但该基因在污水中被全年检测到。这再次凸显了污水监测在捕捉社区中低水平、未被临床发现的耐药基因传播方面的敏感性。

该研究也存在一些局限性。例如，分析仅关注了污水的液体部分，可能忽略了固体或污泥组分中的AMR目标。同时，分子检测无法区分耐药基因是来自活的、可传播的细菌，还是来自环境中的游离DNA。因此，未来的研究应优先从污水样本中进行培养，以确定检测到的耐药基因是否来自活的、具有潜在传播性的微生物。

综上所述，这项研究有力地证明了污水监测是传统临床监测的宝贵补充。它能够提供社区层面的AMR基线数据，捕捉无症状携带者，并揭示临床数据中可能被忽视的季节性趋势。通过将污水监测纳入AMR防控体系，公共卫生部门可以获得更全面的疫情态势感知，从而更早、更有效地采取干预措施，遏制耐药菌的传播。