畜禽粪便抗性组：全球健康风险的隐形威胁与风险评估框架构建

《Science Advances》最新研究揭示：畜禽粪便作为抗生素耐药基因(ARGs)的巨大储库，通过分析4017份来自26国的粪便宏基因组，构建了包含2291种已知ARGs和3166种潜在ARGs的综合目录，并开发了整合移动性(M)、临床重要性(C)和宿主致病相关性(H)的三维风险评估框架，首次绘制了全球畜禽抗性组风险图谱，为抗生素耐药性监测和政策制定提供了重要科学依据。

　　

抗生素耐药性已成为全球公共卫生的重大挑战，而畜禽养殖业每年消耗全球70%以上的抗生素，使得畜禽粪便成为抗生素耐药基因(ARGs)传播的重要载体。尽管环境监测对耐药性防控至关重要，但畜禽抗性组的全球分布模式、驱动机制及其向临床传播的风险仍缺乏系统评估。更关键的是，现有研究多局限于简单比较ARGs丰度差异，忽视了不同ARGs在传播潜能和临床后果上的异质性。

针对这一科学难题，中国科学院城市环境研究所的研究团队在《Science Advances》发表了突破性研究成果。通过对26个国家4017份畜禽粪便宏基因组的大规模分析，研究团队不仅构建了迄今最完整的畜禽抗性组目录，还创新性地开发了量化风险评估框架。该研究首次揭示：畜禽粪便中存在开放的全抗性组(pan-resistome)，包含2291种已知ARGs和3166种潜在ARGs，其ARGs丰度(如鸡粪达4.33拷贝/细胞)显著高于人类粪便和环境样本。通过宏基因组组装基因组(MAGs)分析发现，肠杆菌科和葡萄球菌科等条件致病菌是ARGs传播的关键媒介，可介导240多种ARGs向人类环境扩散。

研究采用的核心技术包括：1) 跨国家粪便样本的宏基因组测序与组装；2) 基于SARG v3.2数据库和fARGene工具的已知/潜在ARGs鉴定；3) 123,872个MAGs的构建与宿主溯源；4) 整合移动遗传元件(MGEs)、临床用药数据和宿主致病性的三维风险评估模型；5) 支持向量回归(SVR)机器学习预测全球风险图谱。

研究结果通过六个关键发现层层递进：

巨大的畜禽粪便全抗性组及其与人类环境的连通性
鸡粪表现出最高ARGs多样性(2107种)，显著高于猪粪(1779种)和牛粪(1546种)。38种核心ARGs存在于90%样本中，占抗性组总丰度的47-80%。值得注意的是，人类粪便中几乎所有ARGs都能在畜禽粪便中找到对应基因，证实了二者抗性组的高度连通性。

畜禽粪便作为潜在ARGs的巨大储库
预测发现的3166种潜在ARGs超过已知ARGs数量，其中氨基糖苷类和β-内酰胺类占主导。通过实验验证，新发现的AAC(6')-c1和APH(6)-c2基因确实赋予大肠杆菌对庆大霉素(32 μg/ml)的抗性。

ARGs的广泛宿主范围与致病相关性
12,069个ARGs携带MAGs分属28个细菌门，其中34%携带≥3类抗生素抗性基因。肠杆菌科和葡萄球菌科的MAGs携带ARGs数量最多，且潜在病原菌携带的ARGs拷贝数(17.8拷贝/MAG)显著高于非致病菌(1.6拷贝/MAG)。

畜禽粪便ARGs风险评估框架
创新性整合六大指标：M1(ARGs邻近MGEs多样性)、M2(质粒携带率)、C1(WHO关键抗生素等级)、C2(临床用药量)、H1(宿主与致命病原体的进化距离)、H2(宿主毒力因子)。将736个高频ARGs分为四个风险等级，其中44个β-内酰胺酶基因(如NDM、CTX-M等)被列为最高风险(R1)。

全球畜禽抗性组的独特模式
中国猪粪表现出最高ARGs丰度(3.98拷贝/细胞)和多样性(250种)，北美牛粪的ARGs丰度是亚洲的3.3倍。时间序列分析显示，中国自2013年限制抗生素使用后，猪粪抗性组丰度呈下降趋势。

畜禽抗性组风险的全球预测图谱
机器学习模型显示，畜禽密度、抗生素使用量和GDP是影响风险评分(RS)的关键因素。预测地图警示非洲禽粪和欧洲猪粪具有最高风险，为全球监测提供了重点区域指引。

这项研究在方法论和实际应用层面均取得重要突破：首先，建立的三维风险评估框架克服了传统方法忽视ARGs异质性的缺陷，为环境耐药性监测提供了新范式；其次，预测的全球风险图谱首次实现了跨国家抗性组风险比较，为国际抗生素管理政策制定提供了科学依据；最后，构建的畜禽抗性组大数据库将成为后续研究的重要资源。正如作者指出，畜禽粪便可作为替代污水监测的"哨兵环境"，为公共卫生系统提供早期预警。该研究不仅填补了畜禽抗性组全球评估的空白，更为遏制抗生素耐药性蔓延提供了关键技术和理论支撑。