编辑推荐：
本文聚焦气单胞菌（Aeromonas），综述其在水生环境中的分布、致病性、抗生素耐药性。探讨新兴诊断技术（如 CRISPR 检测、生物传感器等）与抗菌策略（如抗菌肽、噬菌体疗法），强调对公共卫生和水产养殖的影响，并提出政策建议与未来研究方向。
引言
气单胞菌（Aeromonas）是革兰氏阴性、兼性厌氧细菌，广泛分布于淡水、河口和海洋等水生生态系统。它既是水生微生物群落的重要组成部分，又是机会致病菌，在水质变化、温度波动和污染等应激条件下，部分菌株会感染鱼类、两栖动物和哺乳动物等宿主。其致病性由细胞毒素、溶血素、蛋白酶和脂肪酶等毒力因子驱动，可导致人类胃肠道、伤口和全身感染，尤其是免疫功能低下人群。气单胞菌对抗生素的耐药性不断上升，对公共卫生构成威胁，监测其在水生生态系统中的情况对评估环境和人类健康风险至关重要。
研究差距和综述范围
当前在气单胞菌研究中存在诸多差距。分子诊断工具虽敏感，但多需复杂实验室设备，不适合水产养殖和农村等野外应用；新兴疗法如噬菌体疗法、基于 CRISPR 的基因编辑和抗菌肽在临床和水产养殖应用中面临监管、规模扩大和安全性等挑战；气候变化和人为活动对气单胞菌生态学的影响尚不清楚；复杂微生物群落中水平基因转移机制有待进一步探索；跨学科方法利用不足。
本综述旨在解决这些问题，重点介绍便携式生物传感器和芯片实验室系统的进展，探讨下一代抗菌药物的可持续管理和临床应用，强调长期研究环境因素对气单胞菌生态学和耐药趋势的重要性，以及基因组监测和人工智能驱动的分析在应对诊断和生态挑战中的作用，并倡导跨学科合作。
材料和方法
本文通过全面分析气单胞菌的现有文献和新兴研究成果撰写而成。在 PubMed、Scopus 和 Web of Science 等数据库中进行关键词搜索，筛选过去二十年的同行评审文章、综述和报告，重点关注分子诊断、抗菌策略和公共卫生影响方面的高影响力研究。对诊断技术和治疗方法进行评估，采用主题组织和图表辅助，增强内容的清晰度和可读性。
分类学和分类
气单胞菌的分类复杂，表型方法难以准确鉴定物种，分子方法如串联管家基因序列（如 gyrB 和 rpoD）和基因组指数（如平均核苷酸同一性（ANI）或电子 DNA - DNA 杂交（isDDH））可实现准确分类。目前已描述的 36 种气单胞菌中，至少 19 种是新兴的人类病原体。不同气单胞菌物种的典型栖息地、相关疾病和公共卫生意义各不相同，如嗜水气单胞菌（A. hydrophila）常见于淡水，可引起人类多种感染，在免疫功能低下人群中致病性强；杀鲑气单胞菌（A. salmonicida）主要存在于淡水和海洋，可导致鱼类疖病，给水产养殖带来重大经济损失。
生态学和分布
气单胞菌属包含约 30 个物种，不同物种在淡水和咸水栖息地分布不同。它们在水生环境中广泛存在，可从多种水源分离得到，是水生动物的重要病原体，可造成渔业经济损失，同时也能通过污染的食物和水、娱乐性水上活动等途径感染人类。在不同地理区域，优势气单胞菌物种不同，受环境因素影响，其流行趋势和适应性也有所差异，如在北美，温暖季节气单胞菌流行率较高；在欧洲，鱼场中全年都有气单胞菌存在，春季和夏季出现高峰。
致病性和毒力因子
毒力因子概述
气单胞菌通过多种毒力因子感染人类、鱼类和其他脊椎动物，包括细胞外酶、毒素、粘附分子和分泌系统等。溶血素可破坏红细胞膜，细胞毒素如气溶素和细胞毒性肠毒素可直接损伤宿主细胞，蛋白酶和脂肪酶降解宿主细胞屏障，III 型和 VI 型分泌系统注入效应蛋白破坏宿主细胞过程和免疫反应。这些毒力因子协同作用，促进细菌存活和疾病进展，尤其是在免疫功能低下的宿主中。
系统生物学方法
系统生物学方法整合多组学数据（基因组学、转录组学、蛋白质组学和代谢组学），可全面分析气单胞菌的毒力。通过基因组学可识别核心毒力基因，转录组学揭示应激条件下基因表达变化，蛋白质组学鉴定与毒力相关的蛋白质，代谢组学评估细菌在不同环境中的代谢变化，从而深入了解气单胞菌在感染过程中的适应性策略。
宿主 - 病原体相互作用
气单胞菌可在生态和临床环境中与宿主相互作用。在鱼类等水生动物中，它可无症状定植，当宿主免疫力下降时引发疾病，如鱼类的疖病。在人类中，气单胞菌可感染免疫功能低下者，也可通过污染的食物和水感染健康人。它利用粘附分子结合上皮细胞，然后通过毒力因子入侵宿主组织，引发胃肠道感染、伤口感染和败血症等。气单胞菌能在自由生活和致病状态间转换，还可通过生物膜形成和分泌免疫调节因子逃避宿主免疫检测。了解这些相互作用有助于开发针对性疗法。
新兴诊断技术
诊断技术的进步改变了气单胞菌的检测方式。基于 CRISPR 的检测方法针对物种特异性基因序列，具有高精度，适用于现场诊断；生物传感器可实现实时、便携式监测；纳米孔测序能进行全面的基因和耐药性分析，且具有便携性；芯片实验室系统通过微流控平台实现快速、自动化检测。传统检测方法如基于培养的技术和 PCR 虽可靠，但在灵敏度、速度和适应性方面不如现代方法。现代技术虽有优势，但面临成本高、技术要求高、需验证等挑战，而传统方法成本低、速度慢、灵敏度中等，适用于常规或资源有限的环境。
部署现代诊断工具的实际障碍
新兴诊断技术在资源有限地区的部署面临诸多挑战。设备和试剂成本高昂，超出了许多地区的经济承受能力；操作和维护需要专业技术人员，而在低资源环境中此类人才稀缺；冷链储存和试剂分发困难，基础设施薄弱导致难以获得备件和维修服务；新型诊断技术的审批流程冗长复杂，部分地区生物技术监管框架有限；缺乏标准化协议，不同地区水质量、污染水平和病原体多样性不同，导致检测结果不一致；当地人群和医护人员对先进诊断工具的认识和接受度有限，存在误解和怀疑。
克服障碍的策略
为克服这些障碍，可采取多种策略。通过微流控和 3D 打印等创新制造技术降低成本，同时寻求补贴和与非政府组织合作；开展能力建设计划，通过培训和在线平台提升当地人员操作先进诊断工具的能力；开发便携式、电池驱动的诊断工具，解决基础设施限制问题；建立协作政策框架，简化新技术的审批流程；开展社区参与活动，如宣传活动，提高当地人群对先进诊断工具的接受度和信任度。
抗菌耐药模式
耐药的遗传和分子基础
气单胞菌可通过固有和获得性机制对多种抗生素产生耐药性。它拥有染色体 β - 内酰胺酶（包括金属 β - 内酰胺酶（MBLs）），可使 β - 内酰胺类抗生素（如青霉素和头孢菌素）失活；外排泵系统和外膜修饰降低抗生素穿透并增加药物排出；水平基因转移在气单胞菌菌株间及与其他细菌物种间传播耐药基因，主要通过转导、结合和转化三种方式进行。这些耐药机制对治疗效果产生负面影响，增加了治疗难度。
新型抗菌解决方案
针对气单胞菌耐药性上升的问题，正在开发下一代治疗策略。抗菌肽（AMPs）具有广谱抗菌活性，可破坏细菌膜，降低耐药性产生的可能性。其来源包括人类、动物、植物、微生物和爬行动物等，合成 AMP 通过固相肽合成（SPPS）制备，具有多种结构构象，发挥抗菌作用。CRISPR - Cas 系统可靶向灭活气单胞菌基因组中的耐药基因，恢复其对传统抗生素的敏感性，还可控制耐药基因在环境中的传播。噬菌体疗法利用噬菌体选择性靶向消除气单胞菌菌株，在水产养殖中具有应用潜力。
创新治疗方法
益生菌和噬菌体疗法
随着气单胞菌耐药性增加，益生菌和噬菌体疗法成为有前景的替代方案。益生菌由有益微生物组成，在水产养殖中可与致病性气单胞菌竞争。研究表明，益生菌可改善感染嗜水气单胞菌的鲤鱼的肠道健康、免疫力和肉质，调节肠道微生物群落，增强肠道屏障功能，减少炎症。噬菌体疗法利用噬菌体特异性杀死致病性气单胞菌菌株，具有宿主范围广、裂解活性高、能抑制生物膜等优点，在预防和治疗气单胞菌感染方面效果显著，且在不同条件下稳定性好。
联合治疗策略：益生菌和噬菌体疗法
将益生菌与噬菌体疗法相结合可提高治疗气单胞菌感染的效果。益生菌可恢复和维持健康的微生物平衡，增强免疫系统，减少病原体定植；噬菌体疗法则选择性靶向消除耐药菌株。在水产养殖系统中联合使用两者，可通过微生物竞争和靶向细菌裂解增强生物膜破坏，提高宿主抵抗力，同时减少单一疗法的局限性和耐药性的产生。未来应优化组合和递送机制，充分发挥其协同作用。
生物工程解决方案
生物工程的进步为治疗气单胞菌感染提供了创新方法。定制设计的噬菌体可通过基因编辑提高宿主特异性和裂解活性，克服天然噬菌体的局限性。利用 CRISPR - Cas9 技术可精确编辑噬菌体基因组，实现基因的删除和替换，创建多功能噬菌体。合成生物学工具还可设计携带 CRISPR - Cas 系统的噬菌体，精确灭活气单胞菌的耐药基因和毒力因子，对抗多重耐药性，且能减少脱靶效应。
免疫调节策略
免疫调节策略包括疫苗和免疫疗法，在控制气单胞菌相关感染方面具有潜力。针对气单胞菌关键毒力因子（如外膜蛋白和毒素）的疫苗可保护鱼类免受感染。例如，OmpA 亚单位疫苗可增强鱼类的免疫反应，降低细菌载量，改善生存状况，减轻组织病理损伤。免疫刺激剂（如 β - 葡聚糖和植物提取物）可增强鱼类的先天免疫系统，提高其对气单胞菌感染的抵抗力。此外，单克隆抗体和基于细胞因子的疗法在人类严重气单胞菌感染（如败血症和伤口感染）的治疗中也在探索中。
公共卫生影响
基因组监测和预测建模
将基因组监测与人工智能（AI）和机器学习（ML）相结合，有助于提升对气单胞菌爆发的公共卫生应对能力。通过对环境、食品和临床来源的气单胞菌基因组测序，可识别关键遗传标记（如毒力因子和耐药基因），AI/ML 算法分析这些数据，预测爆发模式、识别高风险菌株和评估耐药性传播潜力。预测模型可帮助卫生部门提前实施缓解策略，如针对性的水处理或加强水产养殖系统监测。
公共卫生干预措施
有效的公共卫生干预措施可降低气单胞菌相关风险。例如，在中国兴义市的一次嗜水气单胞菌食源性爆发事件中，349 人受到影响，经调查发现是污水系统堵塞导致清洗凉菜的水被污染。这凸显了改善卫生条件、食品安全措施和水监测的重要性。在水产养殖中，针对气单胞菌关键毒力因子的疫苗接种计划显著降低了鱼场疾病发生率。公共卫生宣传活动推广安全用水和卫生习惯，也有助于减少感染率。
政策建议
为有效管理水和食品系统中的耐药气单胞菌，需要制定相关政策。监管机构应建立公共供水和水产养殖系统中气单胞菌监测的强制性指南，包括定期进行耐药基因和毒力标记的基因组筛查。推广替代治疗方法（如水产养殖中的益生菌和噬菌体疗法），减少对抗生素的依赖，降低耐药性发展风险。公共卫生框架应优先整合 AI/ML 技术，进行实时监测和风险评估。开展教育活动，宣传安全食品处理、用水和抗生素合理使用知识，提高社区预防意识。
环境和水质影响
对水生生态系统的影响
气单胞菌在水生生态系统中具有双重作用。一方面，它参与营养循环，分解有机物，回收氮、磷等营养物质，对水生生产力至关重要；另一方面，在污染、富营养化或气候变化等环境压力下，其数量过多会导致水体缺氧，影响水生生物生存，尤其是鱼类和无脊椎动物。在水产养殖中，气单胞菌爆发可导致鱼类大量死亡、产量下降，还会传播耐药基因，危害水生生物多样性和人类健康。
水处理技术的进展
近年来，水处理技术的进步为控制气单胞菌种群和减少其环境影响提供了有效手段。紫外线（UV）消毒可灭活细菌 DNA，且不产生有害化学副产物，能显著降低水产养殖系统中的细菌载量，维持生态平衡。膜过滤技术（如超滤和反渗透）通过物理屏障去除气单胞菌和其他病原体，但成本高、维护要求高，限制了其在低资源地区的大规模应用。电化学氧化技术可产生活性氧物种，有效降解气单胞菌细胞及其毒素，在水产养殖和市政水处理中具有应用前景。
实际建议
为控制气单胞菌，需采取一系列实际措施。定期监测水产养殖系统和自然水体中的气单胞菌种群，使用先进分子工具（如 qPCR）定量细菌载量，检测毒力和耐药基因。采用综合水处理方法，结合 UV 消毒、膜过滤和电化学氧化等技术，根据系统特点选择合适的处理方法。加强水产养殖的生物安全措施，如定期清洁养殖池、使用优质饲料、避免过度放养，探索替代抗生素的方法（如益生菌和噬菌体疗法）。对水产养殖从业者和相关利益者进行教育，提高他们对气单胞菌风险和水质管理重要性的认识，培训疾病预防和现代水处理技术应用的最佳实践。
未来方向和新兴趋势
建立全球气单胞菌基因组监测框架，整合全基因组测序（WGS）数据和元数据，有助于识别高风险菌株，指导公共卫生和水产养殖干预措施。AI 和 ML 技术可分析基因组和环境数据，预测爆发、评估耐药风险和优化生物安全措施。跨学科合作对于推进非抗生素疗法（如益生菌、噬菌体疗法和基于 CRISPR 的治疗）、改进诊断技术和水处理技术至关重要。政策制定应利用基因组和 AI 的见解，建立监测指南，促进合理使用抗生素。开展公共意识和培训计划，加强合规性和技术能力建设。然而，基因组监测需要大量基础设施和全球标准化；AI 驱动的预测建模面临数据质量和适应性挑战；跨学科合作需要持续投入资源；政策制定依赖利益相关者参与和资源分配；公共意识和培训计划需要持续努力和资源支持。
关键知识差距和研究需求
理解抗生素耐药性进化
开展纵向研究对于揭示气单胞菌抗生素耐药性的驱动因素至关重要。研究应追踪耐药基因在水产养殖设施、废水系统和自然水体中的出现和传播，分析抗生素滥用、营养污染和气候变化等选择压力对耐药菌株的影响。利用先进基因组工具监测耐药基因的时间变化及其与移动遗传元件（如质粒和转座子）的关联，为制定减少耐药性传播的干预措施提供依据。
宿主 - 病原体相互作用
深入了解气单胞菌与宿主的相互作用需要综合生态、基因组和微生物学等多学科视角。研究气单胞菌与鱼类、两栖动物和人类等不同宿主的相互作用，明确其感染机制和免疫逃逸策略。通过基因组分析确定关键毒力因子及其在宿主特异性和感染动态中的作用，利用转录组学研究宿主 - 病原体相互作用过程中的基因表达变化。同时，评估温度、pH 和营养可用性等环境因素对气单胞菌适应性的影响，为预防水产养殖感染和降低公共卫生风险提供策略。
非抗生素干预措施
为应对抗生素耐药性，需探索控制水产养殖中气单胞菌的可持续替代方法。研究特定益生菌菌株减少气单胞菌相关感染的效果，以及它们与现有水产养殖实践的协同作用。研究生物膜对气单胞菌生长的影响，以及生物膜作为耐药基因储存库的作用。评估纳米技术过滤、电化学氧化和微生物燃料电池等新型水处理技术在减少气单胞菌污染方面的环境和经济可行性，确保这些技术在不同环境中的成功应用。
局限性
本综述存在一定局限性。文献选择可能存在偏差，部分难以获取或非英文的研究未被纳入，可能限制了观点的全面性。在研究较少的地区（尤其是低收入和中等收入国家），气单胞菌分布和耐药模式的数据有限，影响结论的普遍性。许多新兴诊断和治疗技术（如基于 CRISPR 的诊断和噬菌体疗法）仍处于早期验证阶段，其临床和环境适用性需进一步研究，以确保在不同实际情况下的可扩展性、安全性和有效性。此外，气候变化和人为活动对气单胞菌生态学（包括耐药性）的动态影响尚不明确，需要长期、多学科研究。认识到这些局限性有助于明确未来研究方向，通过跨学科合作推动气单胞菌相关研究和管理策略的发展。
结论
气单胞菌作为环境参与者和新兴公共卫生威胁，其抗生素耐药性和致病性不容忽视。创新诊断工具、可持续治疗策略和有效公共卫生政策的需求迫切。分子诊断技术（如基于 CRISPR 的技术、生物传感器和芯片实验室系统）有望革新检测方法；替代抗菌解决方案（如抗菌肽、噬菌体疗法和生物工程治疗）为对抗多重耐药性提供了途径。基因组监测与人工智能的结合可加强监测和预测。政策建议（如合理使用抗生素和改善水质管理）对
