城市化梯度驱动土壤-叶际微生物组中高风险抗生素抗性基因与病原菌的富集机制及环境健康启示

本研究针对城市化进程中微生物组多样性衰减与抗生素抗性基因（ARGs）扩散的公共卫生风险，通过多梯度采样结合高通量定量PCR（HT-qPCR）技术，揭示高度城市化区域土壤-草叶系统中细菌/真菌/原生生物多样性显著降低，而多重耐药基因（如mdtG、vanA）和毒力因子基因（VFGs）富集的现象，为城市生态管理提供关键科学依据。

　　

随着全球城市化进程加速，自然景观向建筑环境的转化正深刻改变着微生物生态格局。世界卫生组织(WHO)将抗生素耐药性列为十大全球健康威胁之一，而城市绿地作为人类接触微生物的重要界面，其微生物组变化与抗生素抗性基因(ARGs)的传播风险尚未被系统揭示。现有研究多聚焦单一微生物类群或环境介质，缺乏对土壤-植物多营养级微生物网络的整合分析，尤其忽视城市化梯度对ARGs和毒力因子基因(VFGs)分布的影响机制。这一知识空白严重制约了针对城市微生物风险的精准防控策略制定。

宁波市某研究团队在《Journal of Hazardous Materials》发表的研究，创新性地采用建筑密度梯度划分法，将城市空间划分为核心城区、内城区、远郊区等五个梯度，采集80份土壤和草叶样本。通过扩增子测序和HT-qPCR技术，系统解析了细菌、真菌、原生生物群落的响应规律，并构建了ARGs-VFGs-病原菌的关联网络。关键技术包括基于1km×1km网格的梯度划分、Illumina高通量测序平台检测微生物组、384孔板HT-qPCR定量300种ARGs和VFGs。

土壤和草叶采样与处理
研究采用空间网格化采样策略，确保样本覆盖不同城市化强度的典型绿地。通过标准化DNA提取和文库构建流程，获得80,825个细菌ASVs（扩增子序列变体）、32,600个真菌ASVs和15,861个原生生物ASVs，为多界微生物比较奠定基础。

城市化对土壤-叶际微生物组丰度、多样性及组成的影响
数据显示：核心城区微生物α多样性显著低于郊区，土壤微生物丰度普遍高于叶际。值得注意的是，草叶微生物组呈现更高异质性，而土壤微生物在城市化压力下出现显著同质化现象。这种"生长-胁迫权衡"特性使得城市土壤更利于耐胁迫微生物（如变形菌门Proteobacteria）的富集。

城市化对微生物群落及抗性组的影响
研究发现ARGs总丰度随城市化程度提升而增加，核心城区土壤中高风险ARGs（如多药耐药基因mdtG、糖肽类耐药基因vanA）富集度达农村样本的2.3倍。共现网络分析揭示，这些ARGs与潜在病原菌（如分枝杆菌Mycobacterium、弧菌Vibrio）存在显著共定位关系。特别值得注意的是，叶际成为VFGs传播的关键枢纽，其携带的β-内酰胺酶基因可能通过气溶胶途径威胁人体健康。

结论与讨论
该研究首次阐明城市化通过"绿地斑块缩减-微生物多样性丧失-ARGs选择压力增加"的级联效应，推动高风险抗性基因在环境-人体界面的传播。核心发现有：1）城市化梯度与微生物多样性呈显著负相关，原生生物作为细菌捕食者的功能衰减加剧ARGs扩散；2）多药耐药基因mepA与人类病原菌的共现频率在城区样本中提升47%；3）城市土壤的"胁迫记忆"效应使其持续释放抗性基因。这些发现为WHO"同一健康"框架下的城市微生物监测提供新范式，建议将微生物风险指标纳入城市绿地设计标准，尤其需关注儿童活动区等敏感场所的叶际微生物污染控制。研究团队强调，未来需开发基于机器学习的环境抗性基因预警系统，并结合宏基因组技术追踪ARGs的动物源传播途径。