低耐药环境下医院污水对海洋新型抗生素抗性基因传播的关键作用

为解决医院污水在低耐药国家（如挪威）对抗生素抗性基因（ARGs）传播的影响问题，研究人员通过培养组学和宏基因组学方法，分析了医院污水及污水处理厂（STP）的耐药组特征。研究发现医院污水中存在高多样性已知和新型ARGs（如NDM-5和KPC-3），且相同克隆的病原体（如Klebsiella michiganensis）和ARGs可通过STP进入海洋环境。该研究揭示了即使低耐药国家，医院污水仍是ARGs传播的重要源头，为防控策略提供了科学依据。

　　

抗生素耐药性（AMR）是全球公共卫生的重大威胁，而医院污水被认为是耐药基因和病原体传播的重要源头。然而，在抗生素使用率低、耐药率低的挪威，医院污水对环境的实际影响尚不明确。这一问题在强调“One Health”（健康一体化）的背景下尤为重要，因为耐药基因可能通过水循环系统进入生态环境，最终反噬人类健康。挪威作为全球抗生素管理的典范国家，其医院污水中耐药基因的多样性和传播潜力，对评估低耐药地区环境风险具有独特价值。

挪威海洋研究所等机构的研究人员通过整合培养组学、全基因组测序（WGS）和宏基因组技术，首次系统分析了挪威医院污水及关联污水处理厂（STP）的微生物组和耐药组特征。研究发现，医院污水中不仅存在高比例的多药耐药（MDR）菌株（如94%的E. coli和92.3%的Klebsiella spp.），还携带碳青霉烯酶NDM-5和KPC-3等“最后防线”抗生素耐药基因。更引人注目的是，研究通过宏基因组组装基因组（MAGs）技术发现了349个新型ARGs（氨基酸相似度<90%），其中32个为新型金属β-内酰胺酶（MBLs）。这些基因与临床菌株共享，并通过STP进入海洋环境。该研究发表于《Ecotoxicology and Environmental Safety》，为低耐药国家医院污水的环境风险管控提供了关键证据。

研究采用的关键技术包括：1）基于选择性培养基（如含头孢噻肟、替加环素、美罗培南的培养基）的病原体分离与表型耐药分析；2）全基因组测序（WGS）结合Kleborate和ResFinder工具解析耐药基因和质粒；3）宏基因组测序（238 Gb数据量）及fARGene算法预测新型ARGs；4）宏基因组组装基因组（MAGs）技术（完整性≥50%，污染≤10%）鉴定耐药基因宿主。

3.1 抗生素压力下的菌株特征
从医院污水和STP样本中分离的66株E. coli和55株Klebsiella spp.显示高MDR率，其中3株E. coli携带NDM-5，3株K. michiganensis携带KPC-3。值得注意的是，美罗培南耐药菌株仅出现在STP样本中，暗示医院污水可能通过STP筛选出高耐药菌株。

3.2 基因组水平的耐药机制
WGS分析发现bla_OXA-1
（52.65%）是最常见的β-内酰胺酶基因，而携带NDM-5的E. coli均属于ST11681，其基因环境（IS₃₀
Δ-bla_NDM
-ble-trpT-IS₂₆
）与欧洲临床株高度相似，提示环境与临床菌株的基因交流。

3.5-3.7 宏基因组揭示的耐药组多样性
宏基因组检测到1130个ARGs，包括针对碳青霉烯类、多粘菌素（mcr）、万古霉素（van）和利奈唑胺（cfr）的“最后防线”耐药基因。医院污水中整合子（intI）和ISCR转座酶丰度显著高于STP，表明其作为水平基因转移热点的潜在风险。

3.8 新型ARGs的环境传播
通过fARGene组装的1205个ARGs中，349个为新型基因，包括83个可能的新型MBLs。其中54个ARGs（含3个新型基因）在医院污水与STP出水中共享，证实了耐药基因的环境扩散路径。

3.9 MAGs揭示的非病原体耐药库
523个MAGs中，138个携带ARGs，其中60%由潜在病原体（如E. coli、Klebsiella）携带，但非病原体（如新型细菌类群）也检出IMP型碳青霉烯酶和cfr(C)等临床相关基因，表明环境微生物是ARGs的隐蔽储存库。

讨论部分强调，尽管挪威AMR流行率低，医院污水仍富集高多样性ARGs和病原体。研究首次报道KPC-3阳性K. michiganensis通过污水传播，其临床相关性已在欧洲免疫抑制患者感染案例中得到印证。此外，新型MBLs（如B1亚类）在环境中的出现，可能为未来临床耐药提供“基因弹药”。作者建议对医院污水实施针对性处理（如原位消毒或菌体去除），以阻断AMR的环境传播链。这一研究为低耐药国家的环境AMR监测与干预提供了范式，也为全球AMR传播的“环境-临床”双向路径研究填补了关键空白。