汞抗性基因 merA 在日本、越南和加纳的人体粪便、食物及环境水中的比较流行率

《PLOS One》：Comparative prevalence of the mercury resistance gene merA in human feces, food, and environmental water from Japan, Vietnam, and Ghana

　　

在这项研究中，研究人员调查了从日本、越南和加纳采集的人体粪便、零售鸡肉肉和环境水样本中汞抗性基因 merA 的流行率和丰度。本研究开发的实时荧光定量 PCR（real-time PCR）检测对来自 12 种以上细菌物种的 merA 序列表现出高特异性。利用该检测方法，日本人体粪便样本中 merA 检出率为 6.8%（n=29），而越南（70.2%，n=47）和加纳（97.4%，n=39）检出率显著更高。鸡肉样本中也呈现类似地理趋势：日本 18.5%（n=27）、越南 66%（n=91）、加纳 90%（n=10）。环境水样本在所有国家均维持高检出率（75–100%，n=21），且越南和加纳的基因拷贝数远高于日本。部分水样即使总汞浓度低于检测限仍可检出 merA，表明分子检测比传统理化方法更灵敏。研究人员成功分离培养汞抗性细菌，并鉴定弗劳地柠檬酸杆菌（Citrobacter freundii）为代表菌株。基因组分析显示 merA 位于 IncFIB 质粒上，两侧被插入序列（insertion sequences, ISs）包围，提示其具有水平基因转移（horizontal gene transfer, HGT）潜力。这些发现凸显 merA 可作为环境汞暴露的有前景生物标志物，并支持将粪便 merA 分析作为评估汞相关公共卫生风险的替代指标。

研究背景方面，汞（Hg）因自然过程和采矿、燃煤等人类活动持续进入土壤与水环境。无机汞 Hg(II) 对细胞巯基具有高亲和力因而毒性强，细菌 merA 基因编码汞还原酶，可将 Hg(II) 还原为毒性较低且挥发性的单质汞 Hg⁰；甲基汞（MeHg）则经食物网生物放大，对人类健康威胁最大。现有监测多依赖理化总汞检测，世界卫生组织（WHO）饮用水总汞指导值为 0.006 mg/L，越南和加纳采用更严格的 0.001 mg/L。微生物群落可调节汞循环，汞污染环境中携带 mer 系统的细菌被富集，因此 merA 有望成为区域汞污染的生态与暴露指示因子。论文发表于《PLOS One》。

主要关键技术方法方面，研究人员建立基于 TaqMan 探针的 merA 特异性实时荧光定量 PCR（real-time PCR）方法；样本队列来源于日本岐阜县居民粪便 29 份、越南太平省居民粪便 47 份、加纳库马西居民粪便 39 份，零售鸡肉分别为日本岐阜 27 份、越南四地区 91 份、加纳库马西 10 份，环境水三国共 21 份；用水样冷蒸气原子吸收分光光度法（CV-AAS）测总汞；用含 HgCl₂ 的 LB 琼脂选择性分离汞抗性细菌并以基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱（MALDI-TOF MS）鉴定；对代表株做短读长 Illumina 与长读长 Nanopore 混合组装完成全基因组分析，并用 ResFinder、PlasmidFinder 注释抗性基因与质粒复制子。

研究结果如下。特异性 of merA detection primers and probe：通过 GenBank BLAST 分析，引物与探针对 Escherichia、Morganella、Citrobacter、Pseudomonas 等 12 种以上细菌 merA 序列 100% 一致，证明检测体系具有跨分类群特异性。Validation of the method for merA detection：以标准株 DNA 校准，单反应检测灵敏度为 0.3 pg DNA，可量化范围 0.3 pg 至 3 ng，约对应 10⁴ 至 10⁸ 拷贝 merA。Prevalence of the merA gene in collected samples：人体粪便 merA 检出率日本 6.8%、越南 70.2%、加纳 97.4%；鸡肉日本 18.5%、越南 66%、加纳 90%；环境水三国 75%–100% 且无显著差异，说明人与食物样本存在明显地理差异，而水环境是 merA 阳性菌普遍储库。Abundance of merA across environmental, food, and human samples：越南与加纳人粪 merA 中位拷贝数达 10⁶ 级，日本仅个别低值；鸡肉与环境水亦呈日本低、越南与加纳高的格局，表明环境汞选择压在国家间不对称。Mercury concentrations in environmental water samples：越南与日本 11 份水样总汞均 <0.0005 mg/L，低于国标但 merA 仍高频检出，显示分子指示更敏感。Isolation and characterization of mercury-resistant bacteria：从越南、加纳水样选出 Citrobacter freundii TB25-009W-60-9 等汞抗性株，merA 定位于 IncFIB 质粒，mer 操纵子结构与 Klebsiella pneumoniae 1_GR_13 近似，两侧有插入序列，支持质粒介导 HGT。Nucleotide sequence accession numbers：代表株染色体与质粒序列分别存入 DDBJ/ENA/GenBank 编号 AP040138 与 AP040139。

讨论部分总结：研究人员指出当前引物未覆盖全部 merA 亚型，merA 应解释为汞选择压的生态标志而非个体汞负荷直接定量指标；三国差异反映采矿、燃煤、监管与废物管理不同；水环境高流行并不必然等同人畜高暴露，还受膳食路径、加工与宿主微生物组影响；merA 在总汞低于检测限时仍可检出，适合作为理化监测补充。IncFIB 质粒与插入序列结构证明 mer 操纵子可跨菌种扩散。局限包括样本量与区域有限、未测粪便与肉类汞浓度、缺乏 16S rRNA 归一化。

研究结论部分译为：merA 是评估汞污染的有价值生物标志物；比较加纳、越南与日本的地区污染表明，人体粪便样本可作为汞暴露评估替代物。从公共卫生角度看，汞或汞抗性细菌经食物进入人体并使肠道微生物组中汞抗性细菌增多，这一假设可作为评估环境健康风险的高灵敏度信息型生物标志物；未来需结合汞浓度、merA 亚型与耐药株组成追溯污染来源与历史演变。

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