猪场常规抗菌药物预防性使用与大肠杆菌多重耐药性风险的全基因组关联研究

本研究针对猪场常规抗菌药物预防性使用与大肠杆菌多重耐药性（MDR）的关联问题，通过全基因组测序（WGS）分析了日本13个猪场195株大肠杆菌的耐药基因谱。研究发现，常规预防性用药显著增加耐药基因（aARGs）数量及MDR基因型比例，且耐药基因共现网络提示共选择机制是MDR形成的关键驱动因素。该研究为优化猪场抗菌药物使用策略提供了重要科学依据。

　　

在当今全球公共卫生领域，抗菌药物耐药性（AMR）已成为最严峻的挑战之一。其中，畜牧业抗菌药物的过度使用被认为是加速AMR传播的重要推手。猪场作为全球兽医抗菌药物消耗量最大的生产系统，其常规预防性用药策略与耐药性发展的关联亟待阐明。尽管既往研究已证实抗菌药物使用与耐药性存在关联，但关于不同用药策略（如预防性用药与治疗性用药）对耐药基因库的影响机制仍存在显著知识空白。

日本宫崎县农业协会合作机构的研究团队在《npj Antimicrobials and Resistance》发表了一项突破性研究。该团队通过对13个采用不同抗菌药物管理策略的猪场进行系统性采样，结合全基因组测序技术和共现网络分析，首次揭示了常规预防性用药如何通过基因共选择机制驱动大肠杆菌多重耐药性（MDR）的形成。研究发现，实施常规预防性用药的猪场中，大肠杆菌携带的获得性耐药基因（aARGs）数量是其他农场的1.4倍，且MDR基因型比例在出栏前仍高达83.3%，显著高于非预防性用药农场的40.7%。

研究采用三大关键技术方法：1）基于Illumina HiSeq X Ten平台的全基因组测序，对195株分离自5个生产阶段的粪便样本大肠杆菌进行基因组组装；2）使用AMRFinderPlus工具鉴定61个获得性耐药基因（aARGs）；3）通过加权共现网络分析（igraph包）揭示耐药基因的群落结构。样本队列涵盖日本南部九州地区13个"从出生到出栏"一体化猪场，每个农场采集哺乳母猪、20日龄哺乳仔猪、40日龄断奶仔猪、70日龄育成猪和180日龄出栏猪五个阶段的直肠拭子。

研究结果

抗菌用药模式
量化分析显示，4个实施常规预防性用药的农场（A-D）用药频率（MF）是其他农场的4.7倍，主要使用磺胺类（Sul）、甲氧苄啶（Tmt）和四环素（Tet）组合。口服给药占总用药量的95%以上，且在断奶期用药强度（277.6 MF）显著高于育肥期（138.4 MF）。

耐药基因谱特征

83.1%的菌株携带≥1个aARGs，共鉴定出13类61个aARGs。四环素耐药基因tetA（48.2%）、磺胺类sul2（37.9%）和β-内酰胺酶bla_TEM-1（39.5%）最为常见。值得注意的是，氯霉素耐药基因cmlA1（25.6%）虽对应药物已禁用23年，但在70日龄仔猪中检出率高达46.1%。

用药与耐药基因的关联

总用药频率（MF）与aARGs数量呈强相关（ρ=0.80）。关键发现是：aadA1（ρ=0.87）、cmlA1（ρ=0.81）等基因的流行度与总MF相关性，强于其对应抗菌类别的MF，提示交叉选择作用。

共现网络分析

基因共现网络形成4个群落，其中群落1（含tetA-bla_TEM-1-sul2）和群落2（含cmlA1-aadA1-sul3-dfrA12）显示强连锁。这种基因组物理邻近性解释了为何非相关抗菌药物仍能选择特定耐药基因。

MDR基因型差异

常规预防性用药农场的MDR比例在所有生产阶段均显著较高（p<0.01），且在出栏时仍保持83.3%的高水平，比非预防性农场高2倍。

结论与意义
该研究首次通过全基因组尺度证明：猪场常规预防性用药通过两种机制加剧MDR风险——直接选择压力和基因共选择效应。特别重要的是，即使对已禁用药物（如氯霉素）的耐药基因，仍可通过与常用药物（如磺胺类）耐药基因的连锁关系持续存在。这一发现挑战了"停用特定药物即可消除相应耐药性"的传统认知，为制定基于基因组监测的精准用药策略提供了新思路。

研究结果对全球猪业抗菌药物管理具有直接指导价值：1）应优先限制断奶期常规预防性用药；2）需开发考虑耐药基因共选择效应的风险评估模型；3）建议将cmlA1等"遗留耐药基因"纳入监测指标。该研究建立的"用药频率-耐药基因谱-共现网络"分析框架，为后续评估不同用药策略的AMR风险提供了标准化方法学基础。