全市范围的宏基因组分析揭示了城市污水中微生物群落与耐药基因组的动态变化

《Nature Communications》：Citywide metagenomics reveals microbial community and resistome dynamics in urban wastewater

　　

摘要

城市废水系统将医院、居民区、交通枢纽和污水处理厂连接在一起，为微生物及抗生素抗性基因的传播提供了途径。在此，我们对中国厦门市的废水进行了为期三个月的全城宏基因组检测，共收集了252份样本，这些样本来自7家医院（n?=?16）、27个居民区（n?=?55）、16家污水处理厂（n?=?159）以及若干国际航班（n?=?22）。通过对基因组的分析，我们发现了不同来源的微生物群落结构、抗性基因谱、谱系共享模式，以及各类废水来源中抗性基因与移动遗传元件之间的关联。医院废水中的抗性基因种类最为丰富，而国际航班的废水则含有当地废水系统中不存在的微生物种类和抗性基因。污水处理厂会汇集来自多个上游来源的抗性基因，且存在频繁的谱系共享现象，这表明可能存在水平基因转移。与同一环境内的谱系共享相比，跨环境间的谱系共享会导致核苷酸多样性降低，这可能意味着存在遗传瓶颈。在各项潜在影响因素中，pH值与微生物多样性及抗性基因组成之间存在较强的非线性关联。这些研究结果表明，城市废水系统是微生物和抗性基因传播的互联网络，同时也指出了需要重点监测抗生素抗性的区域。