长读长宏基因组学与基于甲基化的分类方法有助于在复杂的微生物群落中发现抗生素抗性基因与宿主之间的关联

《Genome Biology》：Long-read metagenomics and methylation-based binning support the discovery of antibiotic resistance gene–host associations in complex communities

　　

摘要

背景

在具有临床意义的细菌中存在的抗生素耐药基因给公共卫生带来了严重威胁。鉴于这些耐药基因起源于古老的環境细菌，因此亟需进一步了解除那些临床上最为重要的物种之外，还有哪些微生物可能携带这些耐药基因，以便长期监测耐药性并采取相应干预措施。虽然人们已经意识到环境源可能产生新的耐药基因，但由于鸟枪法宏基因组测序及生物信息学方法的局限性，导致其鉴定存在诸多障碍。

研究结果

我们采用长读长宏基因组测序以及针对细菌的甲基化特征分析，重新建立了已知的或潜在的耐药基因与其在废水中的细菌及遗传背景之间的关联。我们利用自行开发的分析流程，结合位置权重矩阵和UMAP可视化技术，对PacBio SMRT测序产生的碱基修饰数据进行分析，并通过具有已知细菌组成的合成群落对分析结果进行验证。我们的分析发现了废水中有几种此前未被报道的耐药基因及其与宿主之间的关联。例如，我们发现一种与废水密切相关的关键类群、同时也是新兴病原体的Arcobacter，携带有一个具有较高移动潜能的潜伏型β-内酰胺酶基因。在其他研究较少的β-内酰胺酶中，我们发现了存在于不同环境背景下的pdif-模块中的blaMCA基因，这表明它可能是近期才获得的。此外，我们还发现了某些常存在于废水中的微生物类群，它们可能作为媒介携带具有临床重要性的耐药基因。

结论

通过将耐药基因与其更广泛的遗传背景及宿主联系起来，我们的研究揭示了废水中有的一些此前未被发现的耐药基因载体。所提出的分析方法为早期识别新出现的耐药基因及其宿主提供了有效的途径。