动物园作为被忽视的“同一健康”（One Health）平台：应对泰戈环素耐药大肠杆菌（tigecycline-resistant Escherichia coli）的问题

《Journal of Hazardous Materials》：Zoological gardens as a neglected One Health interface for tigecycline-resistant Escherichia coli

　　

王桥军|陈晓玲|高艳云|霍轩|杜家军|李长安|Nwai Oo Khine|Patrick BUTAYE|王志强|李瑞超

中国江苏省预防与控制重要动物传染病和人畜共患病协同创新中心，扬州大学兽医学院，扬州225009

摘要

泰戈环素耐药基因tet(X4)在食品生产动物和人类中的检出率日益增加，但其在野生动物与环境交界处的传播情况（包括动物园）仍不明确。本研究通过系统采样动物园动物及其周边环境，并结合全球1,102个tet(X)-阳性大肠杆菌基因组进行比较基因组学分析，以探讨tet(X4)在动物园环境中的存在情况、基因组背景及其潜在传播途径。从188个样本中分离出60株tet(X4)-阳性菌株（58株大肠杆菌和2株Enterobacter hormaechei），主要来自动物粪便（91.7%），其中袋鼠和狼的样本中检出率较高。所有菌株均对泰戈环素具有耐药性，且多为多重耐药菌；其中26株（43.3%）通过接合方式传播了tet(X4)。全基因组测序显示tet(X4)主要存在于ISCR2/IS1相关模块中的质粒上，主要由IncX1骨架携带，包括共整合质粒，这与质粒介导的水平传播和质粒重塑过程一致。核心基因组SNP系统发育分析发现多个几乎相同的克隆群（0–2个SNP），表明该基因可能在动物园内部局部传播。重要的是，全球系统发育分析显示，一些动物园相关菌株与中国食品生产动物和农场环境中的菌株在基因组上非常接近（<70个核心基因组SNP），提示动物园相关菌株与农业环境可能存在生态联系。这些发现表明动物园是一个被忽视的混合界面，tet(X4)-阳性菌株和移动遗传元件可能在此引入并维持，强调了需要开展涵盖动物、饲养管理及围栏周边环境的综合“同一健康”监测。

引言

抗生素耐药性的上升是全球最紧迫的公共卫生挑战之一[1]。在多重耐药（MDR）细菌中，大肠杆菌尤为令人担忧，因为它能够定植于多种宿主，并容易获得和传播抗生素耐药基因（ARGs）[2]，主要通过水平基因转移[3]。因此，大肠杆菌被认为参与了包括blaNDM-1、mcr-1和tet(X3)/(X4)基因在内的临床重要耐药性的传播[4]。

泰戈环素是治疗由MDR细菌引起的复杂感染的关键最后手段。作为一种半合成广谱糖环素类药物，它对多种临床相关病原体仍具有活性[5]。然而，由tet(X)变异株介导的泰戈环素耐药性的出现，使得这种耐药性能够转移，这些变异株编码能够使泰戈环素及相关四环素类药物失活的黄素依赖性单加氧酶。自2019年首次报道质粒携带的tet(X3)和tet(X4)作为高水平泰戈环素耐药性的决定因子以来，它们与移动遗传元件和接合质粒的关联突显了其在细菌宿主和生态位间快速传播的风险[6]。人类和兽医领域广泛使用四环素带来的持续选择压力可能促进了tet(X)-携带菌株的扩散[7][8]。因此，全球范围内在不同的人类、动物和环境来源中越来越多地检测到可转移的tet(X)变异株，表明其在“同一健康”框架下的重要性[9]。

现代动物园是一个独特但研究不足的“同一健康”界面，各种圈养和野生动物物种、围栏环境、饲养管理措施以及游客共同存在于一个受管理的生态系统中。与传统畜牧业系统不同，动物园中的宿主具有不同的分类学特征、饮食、胃肠道生理结构、管理条件以及人类接触程度。这些因素可能为通过饲料、水、围栏基质、动物活动、污染物以及野生鸟类、啮齿类动物和昆虫等共生载体引入和传播耐药细菌创造生态机会[10]。先前的研究已在动物园动物中检测到广谱β-内酰胺酶、质粒介导的喹诺酮类抗生素耐药性及其他耐药特性[11][12]。然而，tet(X4)-阳性泰戈环素耐药大肠杆菌在动物园相关动物和环境中的存在情况、质粒背景及其系统发育关系仍不明确。为填补这一空白，我们调查了中国东部旅游城市扬州的动物园动物及其周边环境中泰戈环素耐药肠杆菌的发生情况和分子特征。同时，我们将这些菌株与公开可用的来自人类、动物和环境的tet(X)-阳性大肠杆菌基因组进行了比较，以探讨其更广泛的系统发育关系及其在“同一健康”框架下的潜在意义。

章节摘录

样本采集与细菌分离

2022年9月，我们从中国江苏省扬州的一个动物园收集了188个样本，包括107份代表19种动物园动物的粪便样本、16种动物的34份围栏拭子样本、12种动物的34份水样，以及9份土壤样本和4份饲料样本（表S1）。所有样本均在37°C下用2.5毫升胰蛋白酶大豆肉汤（TSB；Hopebio，青岛，中国）预富集4–6小时，并以200转/分钟的速度摇匀。随后对富集培养物进行了进一步处理

从188个样本中共分离出60株tet(X4)-阳性菌株。其中55株（91.7%）来自动物粪便样本，其余5株（8.3%）来自环境样本，包括围栏拭子、水禽湖水样和土壤样本（表S2）。饲料样本中未检测到tet(X4)-阳性菌株。鉴于粪便样本中的检出率较高，我们进一步分析了tet(X4)-阳性菌株的分布情况

携带tet(X)的大肠杆菌在食品生产动物、家禽和人类中已被广泛报道，但在动物园环境中的存在和传播动态仍不清楚[40][41]。本研究对动物园动物及其周边环境中的tet(X4)-阳性肠杆菌进行了系统调查，从而将抗菌素耐药性监测扩展到了一个研究不足的野生动物与环境交界处。

我们共分离出60株tet(X4)-阳性菌株，其中大部分

抗菌素耐药性是一种新兴的环境危害，可在动物、人类和建筑环境中持续存在并传播。本研究指出动物园是可转移泰戈环素耐药性（一种关键的最后防线抗菌素耐药性决定因子）传播的未被充分认识的界面。通过动物园采样、质粒解析基因组学和全球系统发育学分析，我们发现tet(X4)-阳性大肠杆菌在动物粪便中传播

Patrick BUTAYE：撰写 – 审稿与编辑。王志强：撰写 – 审稿与编辑、监督、概念构思。李瑞超：撰写 – 审稿与编辑、监督、概念构思。王桥军：撰写 – 审稿与编辑、初稿撰写、数据可视化、方法学设计、资金申请、数据分析、数据管理、概念构思。陈晓玲：数据管理。高艳云：数据管理。霍轩：数据管理。杜家军：数据支持

论文中列出的所有作者均已提前审阅了手稿，并同意将其提交给期刊。

作者声明不存在利益冲突。

本研究得到了中国江苏省杰出青年基金会（BK20231524）、国家自然科学基金（32473095和32373061）、江苏省高等教育机构重点学术发展计划（PAPD）、江苏省研究生研究与实践创新计划（KYCX24_3820）以及江苏省百名外国专家计划（BX2023025）的支持。Nwai Oo Khine得到了ITF研究人才中心项目GSP246的支持。

利益冲突