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这篇综述聚焦大气中的抗生素耐药基因（ARGs）和耐药菌（ARB），探讨其检测分析方法、分布特征、传播机制，以及对人类健康和生态环境的潜在影响，为应对全球抗菌耐药挑战提供科学依据和研究方向。
1. 引言
抗生素在治疗传染病、保障人类健康和促进农牧业生产方面发挥着重要作用，但广泛使用导致了抗菌耐药（AMR）这一全球性挑战。抗生素对细菌产生选择压力，促使抗生素耐药菌（ARB）和抗生素耐药基因（ARGs）出现，不仅降低现有抗生素疗效，还增加医疗成本，威胁公众健康。据估算，到 2050 年，AMR 可能造成高达 100 万亿美元的经济损失，每年导致 1000 万人死亡。
ARGs 和 ARB 在全球多种环境中广泛存在，包括土壤、水和大气等。大气作为 ARGs 和 ARB 的重要储存库，其流体动力学特性使得 ARGs 和 ARB 能通过生物气溶胶远距离传播，加速全球扩散，增加跨介质迁移风险。人类和动物可能通过吸入、皮肤接触和摄入等途径接触到 ARGs 和 ARB，从而增加暴露风险。
近年来，越来越多研究关注大气中的 ARGs 和 ARB。相关研究的高频关键词显示，其研究前沿与人类暴露和健康、颗粒物、细菌群落和多样性以及大气环境质量密切相关。然而，目前对大气中 ARGs 和 ARB 的检测分析方法、流行特征、迁移途径及其对健康和生态系统的影响了解有限。因此，本文对大气中 ARGs 和 ARB 的特征进行了全面系统的综述，为制定有效控制政策和指南提供参考。
2. 检测和分析方法
大气环境中 ARGs 和 ARB 的检测分析方法不断改进和更新，主要包括生物气溶胶的收集分离以及 ARGs 和 ARB 的识别分析。生物气溶胶收集方法有撞击法、过滤法等，不同方法适用于不同环境，改进采样器结构或组合多种采样方法可提高收集效率。收集的样本通常在特定培养基上培养，以分离和扩增目标微生物，并通过标准方法评估其对抗生素的敏感性。
由于多数环境样本中的细菌无法在实验室培养，研究人员常用分子生物学方法检测 ARGs。聚合酶链反应（PCR）及其衍生方法，如定量实时 PCR（qPCR）、高通量 qPCR（HT-qPCR）和数字 PCR（dPCR），以及宏基因组测序是目前检测 ARGs 的主流方法。PCR 方法具有高特异性，能精确检测和定量已知 ARGs，HT-qPCR 可同时检测数百种 ARGs，提高检测效率和覆盖范围。宏基因组测序可全面筛选样本中的 ARGs，还能识别新的 ARGs，但存在数据分析复杂、成本高、易出现假阳性等问题。
人工智能（AI）方法，如机器学习和深度学习，可提高 ARGs 检测效率，能从已知 ARG 序列中提取特征识别新 ARGs，但也面临计算资源需求大、数据集质量要求高、检测结果需实验验证等挑战。新兴的等温扩增方法，如环介导等温扩增（LAMP）、解旋酶依赖性等温扩增（HDA）和重组酶聚合酶扩增（RPA），可在恒温下进行扩增，减少对热循环仪器的依赖，其中 LAMP 应用较广泛，但这些方法在灵敏度、特异性等方面仍有提升空间。此外，DNA 微阵列和荧光原位杂交（FISH）等方法也用于 ARGs 分析，但因存在局限性未被广泛采用。
3. 分布特征
全球研究表明，ARGs 和 ARB 在多种大气环境中广泛存在，尤其是在污水处理厂（WWTPs）、动物养殖场、医院、制药厂、城市固体废物填埋场和人口密集的室内环境。
3.1. 污水处理厂（WWTPs）
污水处理厂是 ARGs 和 ARB 的主要储存库，生活、工业和动物废水在此汇聚。常规污水处理过程中会释放生物气溶胶，其中含有 ARGs 和 ARB，可通过大气传播扩散，增加环境暴露风险。不同处理单元的生物气溶胶中 ARGs 和 ARB 的类型和丰度存在差异，受环境条件和处理过程影响。污水处理厂中常见的 ARGs 包括多药耐药基因、β- 内酰胺耐药基因等，相关的 ARB 有假单胞菌、葡萄球菌等。生物气溶胶的释放会加剧周边大气的 AMR 污染，风会影响其扩散。
3.2. 动物养殖场
全球动物饲料抗生素市场呈扩张趋势，动物养殖场中常用的抗生素会促使 ARGs 和 ARB 形成。动物粪便在发酵和分解过程中会释放携带 ARGs 和 ARB 的生物气溶胶。近年来，在各类动物养殖场中都检测到了空气中的 ARGs 和 ARB，其浓度和多样性较高，且受动物种类、抗生素使用、养殖密度等因素影响。ARGs 和 ARB 的丰度还存在季节性变化，冬季浓度通常高于夏季。
3.3. 医院
医院是抗生素的主要消耗场所，大量使用抗生素和未经处理的医院废水排放，导致医院空气中 ARGs 和 ARB 浓度较高，增加了外源感染风险，且可通过空气传播到公共区域，威胁非住院人员健康。医院生物气溶胶中含有多种与临床使用抗生素相关的 ARGs 和 ARB，季节因素、医院物理条件等会影响其类型和数量，ARGs 和 ARB 还可传播到周边社区。
3.4. 其他环境
人类活动与大气中 ARGs 和 ARB 的类型和浓度密切相关。制药厂作为抗生素生产场所，AMR 污染严重；废物处理设施因有机物质丰富，利于细菌生长，也成为 ARGs 和 ARB 的重要储存库；学校、办公室等封闭公共场所，人员密集，呼吸活动频繁，也存在较高浓度的 ARGs 和 ARB。此外，自然环境如土壤、海洋等也是大气 ARGs 和 ARB 的重要来源，说明抗性是一种自然现象，受人为和环境因素共同影响。
4. 大气传播
4.1. 传播过程
自然环境中的 ARGs 和 ARB 可通过降雨、海浪、植物授粉等自然过程进入大气，以生物气溶胶形式存在。大气的流动性使 ARGs 和 ARB 可在不同时空尺度传播，包括对流层的长距离传输和行星边界层的局部扩散，甚至可实现洲际传播。云在 ARGs 的大规模全球传输中起重要作用，研究发现云中存在多种 ARGs，其浓度和类型受气团来源等因素影响。
4.2. 影响大气传播的因素
大气成分因素方面，微塑料、重金属等污染物为 ARGs 和 ARB 提供附着位点，延长其在大气中的悬浮时间，促进传播。污染物还可影响 ARGs 的选择和基因转移，导致 ARGs 和 ARB 在传播过程中的类型和丰度差异。
表面条件方面，地理区域和土地利用类型影响 ARGs 和 ARB 的分布和传播。自然水库中的微生物群落影响 ARGs 和 ARB 的类型和传播模式，人类活动会改变大气中 ARGs 和 ARB 的丰度和多样性。植被覆盖可减少 ARGs 和 ARB 的传输距离，而城市化和工业化则有利于其悬浮和传播。
气象和气候因素方面，全球气候变化、极端天气事件等会影响 ARGs 和 ARB 的环境行为和传播路线。温度、湿度、紫外线辐射等气象因素影响 ARGs 和 ARB 的内在特性和浓度，风的速度和方向直接影响其扩散，全球大气循环系统可使 ARGs 和 ARB 跨洲传播，湿沉降过程可使 ARGs 和 ARB 在大气和地表环境间转移。
5. 对人类健康和生态环境的影响
ARBs 和 ARGs 可通过大气远距离传播，增加人类暴露风险，尤其是在医院、动物养殖场等场所。人类主要通过吸入途径接触空气中的 ARGs 和 ARB，其进入人体后会对健康构成直接威胁，部分 ARGs 属于高风险类别，需要对其进行监测和监管。
大气中的 ARGs 和 ARB 与生物群落组成和食物链密切相关。它们可通过降水沉降到土壤和海洋，影响生态系统稳定性和食物链，土壤微生物还可将 ARGs 传递给植物，使农产品受到污染，人类食用后会增加健康风险。
全球抗生素的过度使用和滥用加速了新耐药机制的出现，使感染性疾病治疗难度加大，甚至出现无法治疗的情况，“超级细菌” 的出现凸显了抗生素耐药的全球性威胁，感染控制和治疗面临巨大挑战。
6. 结论和展望
大气是 ARGs 和 ARB 全球循环的关键介质，其全球传播对人类健康和环境构成严重威胁。当前对大气中 ARGs 和 ARB 的研究存在局限，未来应从以下方向开展研究：
（1）开发智能准确的检测方法：现有检测方法存在灵敏度不足等问题，需开发高灵敏度、高通量、实时监测技术，提高对 ARGs 和 ARB 的检测准确性，尤其是针对 “不可培养” 细菌。
（2）构建跨介质传播机制和全球模型：大气中 ARGs 和 ARB 可跨时空传播，形成复杂迁移网络，但相关机制尚不明确。需研究气象因素和污染物对其生存和传播的协同作用，建立基于气溶胶动力学的全球模型，考虑气候变化影响。
（3）建立全球健康风险评估系统：目前对 ARGs 和 ARB 的风险评估范围有限，应升级为全球健康风险评估，考虑人群易感性差异和致病阈值。
本文的综述有助于深入理解大气中 ARGs 和 ARB 的动态变化，为全球 AMR 挑战的政策制定和合作解决方案提供实证基础。
