青藏高原生态系统中抗生素抗性基因的循环传播网络与逆向贡献模式

本研究针对极端生态系统中抗生素抗性基因（ARGs）的传播机制这一全球公共卫生挑战，通过宏基因组和宏基因组组装基因组（MAG）分析，揭示了青藏高原完整食物链（土壤-蚯蚓-牧草-牦牛-鼠兔-雪雀-牧民）中ARGs的组成、风险及传播路径。研究发现水平基因转移（HGT）主导ARGs传播，包括18个ARGs的细菌-古菌跨域转移；蚯蚓作为“ARG生物放大器”富集79.81%土壤ARGs；顶端消费者（雪雀、牧民）通过粪便向生态系统逆向贡献高风险ARGs，形成完整的循环传播网络。该研究颠覆了传统单向传播理论，为极端环境下ARGs管理提供了新范式。

　　

抗生素耐药性已成为21世纪最严峻的公共卫生挑战之一，而抗生素抗性基因（ARGs）的环境传播更对人类健康、动物福利乃至生态系统稳定性构成深远威胁。尽管One Health框架强调人-动物-环境健康的协同性，但现有ARGs传播理论主要基于常规环境（如农田、污水处理系统）的研究，认为其遵循“土壤→生物→人类”的单向流动模式。然而，这一理论在极端生态系统（如高寒、强紫外线、缺氧环境）中的适用性存疑——这些区域独特的理化条件和长期进化的生物群落，可能孕育完全不同的ARGs传播规律。

青藏高原（QTP）作为全球海拔最高、生态最独特的高原，为破解这一科学难题提供了天然实验室。兰州大学草地农业科技学院的研究团队在《Journal of Hazardous Materials》发表的研究，首次通过“土壤-蚯蚓-牧草-牦牛-鼠兔-雪雀-牧民”完整食物链的多节点采样，结合宏基因组测序和MAG分析技术，系统揭示了极端生态系统中ARGs的循环传播网络与逆向贡献机制。

关键技术方法
研究在海拔3,668米的玛曲县高山草甸开展，采集土壤、蚯蚓、优势植物（如垂穗披碱草）、牦牛粪便、高原鼠兔、白腰雪雀及牧民粪便样本。通过高通量宏基因组测序获得微生物群落和ARGs谱，利用MAG技术重构微生物基因组并追踪ARGs宿主；结合移动遗传元件（MGEs）分析和风险等级评估（Rank I-IV），量化各节点ARGs传播贡献率。

研究结果

1. ARGs与微生物多样性的悖论关系
与传统认知相反，ARGs丰度与微生物多样性呈显著负相关。MAG分析揭示，特定门类微生物（如假单胞菌门Pseudomonadota）作为“ARGs储存库”，其宿主特异性使ARGs功能多样性脱离整体群落结构。

2. 水平基因转移（HGT）的主导作用
发现18个ARGs发生细菌→古菌跨域转移，直接证实HGT（而非垂直遗传）是极端环境下ARGs传播的核心机制。例如，编码多重耐药的外排泵基因acrB在古菌MAG中被检出。

3. 蚯蚓的“生物放大器”效应
蚯蚓肠道选择性富集79.81%的土壤ARGs，并通过排泄将49.43%的ARGs转移至牧草，成为土壤-植物界面的关键传播媒介。

4. 顶端消费者的逆向贡献
牧民粪便含有全部Rank I-IV高风险ARGs（如碳青霉烯酶基因bla_NDM），雪雀粪便贡献Rank II/IV ARGs。这些粪便重新进入环境后形成“土壤→生物→人类→环境”的闭合循环网络。

结论与意义
该研究颠覆了ARGs单向传播的传统认知，提出极端生态系统中“循环-逆向”传播新模型：HGT（尤其是跨域转移）和宿主特异性驱动ARGs扩散，蚯蚓作为生物放大器加速传播，而人类活动通过粪便反馈加剧环境风险。这一发现为One Health框架下的ARGs管控提供关键理论支撑：

1. 理论突破：证实极端环境下ARGs传播遵循循环而非线性规律，需重新评估传统风险模型；
2. 技术启示：MAG结合MGEs分析可精准追踪ARGs宿主与转移路径；
3. 管理策略：需重点监控蚯蚓-牧草界面及人类/鸟类粪便的ARGs回流，制定针对性干预措施。

研究同时警示，青藏高原作为生态脆弱区，其ARGs循环网络可能因气候变化和放牧活动而强化，亟需纳入全球抗生素耐药性治理议程。