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抗生素耐药性严重威胁人类健康，污水处理厂（WWTPs）是抗生素抗性基因（ARGs）的重要储存库。研究人员分析全球 142 个 WWTPs 的 226 个活性污泥样本，发现 ARGs 多样且分布广泛，其组成受多种因素影响。该研究为评估抗生素耐药风险提供关键依据。
在现代社会，抗生素的广泛使用虽然帮助人类对抗了许多疾病，但也带来了一个棘手的问题 —— 抗生素耐药性。想象一下，曾经能轻松治愈疾病的抗生素，如今却对一些病菌束手无策，这无疑给人类健康带来了巨大威胁。而污水处理厂（WWTPs），这个看似普通的基础设施，实际上是抗生素抗性基因（ARGs）的重要 “储存库”。大量含有 ARGs 的污水汇聚于此，使得 WWTPs 成为研究抗生素耐药性传播和演变的关键场所。
此前，虽然有不少关于 ARGs 的研究，但这些研究存在诸多问题。有的样本量太小，导致结果缺乏代表性；有的实验方案不统一，使得不同研究之间难以比较。这就好比一群人在探索一座神秘的大山，每个人走的路线不同，使用的工具也不一样，最后得到的信息零零散散，无法拼凑出大山的全貌。因此，我们对全球 WWTPs 中 ARGs 的多样性和分布情况，以及影响它们的潜在机制，了解得还十分有限。
为了揭开这层面纱，全球水微生物组联盟（Global Water Microbiome Consortium，GWMC）的研究人员挺身而出。他们精心策划了一项全球性的研究，对来自六大洲 142 个 WWTPs 的 226 个活性污泥样本展开深入分析。这就像是在全球范围内撒下了一张大网，全面收集信息，力求获得最准确、最全面的结果。
研究人员采用了一系列先进的技术方法。首先是样本采集，他们制定了统一的标准流程，从全球 23 个国家的 269 个 WWTPs 收集了 1186 个活性污泥样本，确保样本的代表性和实验的准确性。接着进行 DNA 测序，利用 Illumina HiSeq3000 平台对样本进行测序，获得海量的基因数据。之后，通过一系列生物信息学分析方法，如使用内部宏基因组流程（ARMAP）处理数据、在综合抗生素抗性数据库（CARD）和 ResFams 数据库中注释 ARGs 等，对数据进行深入挖掘。
下面来看看具体的研究结果：
- 全球活性污泥抗性组的多样性：研究人员对 226 个样本的群落 DNA 进行测序，共获得 2.8 太字节的数据。经过分析，他们发现了 179 种不同的 ARGs，这些 ARGs 与 15 类药物相关。其中，有 20 种核心 ARGs 存在于所有样本中，占总 ARG 丰度的 83.8%。在这些 ARGs 中，编码抗生素失活的基因最为丰富，占总 ARG 丰度的 55.7%。当按照药物类别进行汇总时，对 β - 内酰胺（Beta - lactam）、糖肽（Glycopeptide）和四环素（Tetracycline）耐药的 ARGs 最为常见。
- 活性污泥抗性组的全球分布：在全球范围内，ARGs 的总丰度在六大洲之间没有显著差异，但亚洲的 ARGs 丰富度和香农指数（Shannon’s H index）明显高于其他大洲（除非洲外）。通过分析还发现，不同国家样本中的 ARGs 丰度存在差异，但经过事后分析表明，任意两个国家之间的总 ARGs 丰度并没有显著差异。此外，不同大洲的抗性组结构存在显著差异，活性污泥的抗性组与污水和土壤的抗性组更为相似，这可能是因为这些环境之间存在相互联系。
- 抗性组与微生物组之间的关系：研究表明，抗性组与细菌群落结构之间存在很强的关联。通过 Procrustes 分析发现，基于宏基因组 16S rRNA 基因的细菌群落结构与抗性组的矩阵 - 矩阵相关系数达到 0.74，基于 16S 扩增子的细菌群落结构与抗性组的相关系数为 0.70。进一步研究发现，一些细菌类群，如拟杆菌门（Bacteroidetes）、绿弯菌门（Chloroflexi）、酸杆菌门（Acidobacteria）等，可能是 ARGs 的主要载体。通过对宏基因组组装基因组（MAGs）的分析，也证实了这些类群在携带 ARGs 方面的重要作用。
- 抗性组和 MAGs 的移动性：移动遗传元件（MGEs）在 ARGs 的水平转移中起着重要作用。研究人员在样本中鉴定出了多种 MGEs，其中 tnpA、IS91 和 tniA 最为丰富。MGEs 的总丰度在六大洲之间和不同国家之间都存在显著差异，并且 MGEs 的丰富度与 ARGs 的丰富度呈正相关。此外，研究还发现，活性污泥中潜在移动 ARGs 的比例比人类微生物组中更高，这可能与活性污泥中细菌细胞密度高和混合均匀的特性有关。
- 全球活性污泥抗性组的驱动因素：研究人员通过归一化随机比率（NST）和基于矩阵的多元回归（MRM）方差划分分析（VPA）发现，随机过程可能在活性污泥抗性组的变化中发挥作用，但确定性因素也不容忽视。温度、城市人口等环境变量与 ARGs 丰度存在显著相关性，部分因素对 ARGs 丰度有直接或间接的影响。
研究结论和讨论部分指出，这项研究全面展示了全球 WWTPs 中 ARGs 的高度丰富、多样和广泛分布的特点，进一步证实了 WWTPs 是环境中 ARGs 的重要储存库。研究结果揭示了不同大洲活性污泥抗性组结构的差异，以及它们与其他环境抗性组的关系。此外，研究还确定了一些可能在 ARGs 的持续存在和传播中起重要作用的细菌类群，以及影响抗性组变化的因素。这些发现对于评估抗生素耐药性的风险和制定相应的缓解策略具有重要意义，为公共卫生行动和抗生素使用决策提供了关键的科学依据。
总之，这项发表在《Nature Communications》上的研究，为我们深入了解全球 WWTPs 中的 ARGs 提供了重要的信息，就像为我们点亮了一盏明灯，照亮了抗生素耐药性研究的道路，为未来的研究和应对策略制定奠定了坚实的基础。
