2024-09-18
文(wen)章題目：Environmental microbiome diversity and stability is a barrier to antimicrobial resistance gene accumulation 期刊：communications biology 發表時(shi)間：2024年(nian)6月
PART.01、研究背(bei)景 抗生(sheng)素抗性基因(ARGs)的(de)傳播是未來人類(lei)和動物健康面臨(lin)的(de)最大挑戰之一(yi)。很明顯，解決抗生(sheng)素耐藥性擴大所帶來的(de)問(wen)題需(xu)要在人類(lei)、獸(shou)醫(yi)和環境(jing)衛生(sheng)領域進行全球性的(de)努力(li)。這一(yi)觀點(dian)也被(bei)稱為“同一(yi)個健康”方針。 從(cong)長(chang)遠來(lai)看，當抗(kang)生(sheng)素耐藥細菌(ARB)和基(ji)因(yin)(yin)(ARGs)到達新地方(fang)，如(ru)果它們能夠克服環(huan)境對生(sheng)物(wu)入(ru)侵(qin)的(de)(de)(de)恢復(fu)力(li)，便(bian)可(ke)以(yi)成為(wei)(wei)棲息地微生(sheng)物(wu)組的(de)(de)(de)一(yi)部(bu)分。隨著生(sheng)物(wu)多樣性的(de)(de)(de)增(zeng)加，這一(yi)過程會變得更加困難，因(yin)(yin)為(wei)(wei)當存在(zai)更多樣化的(de)(de)(de)競爭對手(shou)時(shi)，特(te)定環(huan)境中可(ke)開發的(de)(de)(de)生(sheng)態(tai)位(wei)會減少。因(yin)(yin)此，微生(sheng)物(wu)多樣性可(ke)以(yi)通過減少入(ru)侵(qin)的(de)(de)(de)ARB和ARG的(de)(de)(de)持(chi)續時(shi)間(jian)，為(wei)(wei)抗(kang)生(sheng)素抗(kang)性的(de)(de)(de)傳(chuan)播(bo)提供(gong)天然阻礙。為(wei)(wei)了(le)驗證(zheng)這一(yi)假設，對低人為(wei)(wei)影響(xiang)的(de)(de)(de)結構化森(sen)林土壤和動態(tai)河床(chuang)環(huan)境進(jin)行了(le)廣泛采樣活動。
PART.02、研究(jiu)思路
PART.03、研(yan)究結果展(zhan)示 評估(gu)河流和土壤(rang)的微(wei)生物多樣性 收集了(le)2020/21秋冬期(qi)間(jian)來自7個(ge)國家(奧地利、法國、德(de)國、愛爾蘭、波蘭、羅馬尼亞和(he)保加利亞)的98個(ge)河(he)流樣(yang)(yang)和(he)74個(ge)森林土(tu)(tu)壤樣(yang)(yang)本(ben)(ben)(ben)，16S多樣(yang)(yang)性結(jie)果顯示(shi)土(tu)(tu)壤樣(yang)(yang)本(ben)(ben)(ben)和(he)河(he)流樣(yang)(yang)本(ben)(ben)(ben)之前存在(zai)顯著(zhu)差異（圖(tu)1a）。α -多樣(yang)(yang)性的3個(ge)主要指標(biao)Chao1豐富(fu)度、Shannon多樣(yang)(yang)性和(he)Pielou均勻度分析結(jie)果表明(ming)，土(tu)(tu)壤樣(yang)(yang)本(ben)(ben)(ben)和(he)河(he)流樣(yang)(yang)本(ben)(ben)(ben)的主要區(qu)別在(zai)于結(jie)構(gou)穩定土(tu)(tu)壤樣(yang)(yang)本(ben)(ben)(ben)數據的Pielou均勻度顯著(zhu)高于動態的河(he)流環境（圖(tu)1b）。 圖(tu)1：河(he)流和(he)(he)(he)土壤(rang)(rang)的(de)多(duo)(duo)樣(yang)性(xing)。(a)基于布(bu)雷柯蒂斯距(ju)離(li)的(de)河(he)流(沉積物:三角形和(he)(he)(he)生物膜:圓形)和(he)(he)(he)土壤(rang)(rang)(正方形)ASV相對(dui)豐(feng)度數據的(de)β-多(duo)(duo)樣(yang)性(xing)PCoA分析(xi)。(b) 7個國(guo)家(jia)的(de)河(he)流材料和(he)(he)(he)土壤(rang)(rang)的(de)α -多(duo)(duo)樣(yang)性(xing)指(zhi)數(Chao1豐(feng)富(fu)度、Shannon多(duo)(duo)樣(yang)性(xing)和(he)(he)(he)Pielou均勻度)。 抗生素(su)抗性的多樣性和豐(feng)度 為(wei)(wei)了(le)分析土壤和河流樣品的(de)抗(kang)(kang)生素抗(kang)(kang)性，以(yi)16S rRNA基因作為(wei)(wei)內參，使用SmartChip高通量qPCR系統對27個ARGs進(jin)行(xing)了(le)高通量qPCR，以(yi)獲(huo)得每(mei)個樣品中ARGs的(de)豐度。 在河(he)流(liu)樣(yang)本(ben)中(zhong)，平均有18.44±5.61種ARGs被檢測到(dao)。賦予(yu)樣(yang)本(ben)氨(an)基(ji)糖(tang)苷抗性的(de)aac(3)-VI基(ji)因是最豐(feng)富的(de)，磺(huang)胺(sul1)、萬古霉(mei)素(su)(vanA)、粘菌素(su)(mcr1)和(he)(he)苯酚(fen)(fen)(floR)的(de)抗性基(ji)因豐(feng)度水平相(xiang)近，其(qi)次是大環內酯類(lei)、林肯酰(xian)胺類(lei)和(he)(he)鏈陽霉(mei)素(su)類(lei)抗生素(su) B -(mphA)、β-內酰(xian)胺類(lei)(blaCTX-M2、blaCTXM1、blaCMY2)、苯酚(fen)(fen)(cmlA)和(he)(he)氨(an)基(ji)糖(tang)苷類(lei)(aac(6’)-lb3、aph(3’)- Ib)。對喹諾(nuo)酮類(lei)藥物(wu)、甲氧芐啶和(he)(he)四(si)環素(su)產(chan)生抗性的(de)ARGs數量較少。（圖2A） 在大多數國(guo)(guo)家(jia)的(de)土(tu)壤樣(yang)本(ben)中，aac(3)-VI(氨(an)基(ji)糖苷)、dfrA1(甲氧芐(xia)啶(ding))mphA (MLSB)和qnrS(喹(kui)諾酮)抗(kang)性基(ji)因(yin)的(de)豐度最(zui)高(gao)。大多數國(guo)(guo)家(jia)土(tu)壤樣(yang)本(ben)中檢(jian)測到抗(kang)粘(zhan)菌素(mcr-1)、苯丙(bing)醇(chun)(cmlA2)、β-內(nei)酰胺(blacmy2、blaCTX-M)和氨(an)基(ji)糖苷(aph(3’)-Ib、aac(6’)-lb3)的(de)ARGs豐度中等，其中瑞士和法(fa)國(guo)(guo)樣(yang)本(ben)的(de)比例最(zui)高(gao)。(圖(tu)2b) 圖2：ARG相對豐(feng)度熱圖。(a)河流樣本，(b)土壤樣本。轉換為(wei)log10比例后(hou)顯(xian)(xian)示(shi)值。ARGs的(de)列(lie)表是(shi)基于豐(feng)度相似性從高豐(feng)度(紅色(se))到低于檢測限(藍色(se))排列(lie)。右邊(bian)的(de)彩色(se)編碼顯(xian)(xian)示(shi)了它們賦予(yu)抗性的(de)抗生素種類(lei)，并根據不同國家的(de)樣本進行顏(yan)色(se)區分。 識別潛在(zai)ARG宿主 將16S多(duo)(duo)樣(yang)性測(ce)序結果(guo)獲得的(de)(de)ASV與ARGs豐(feng)度進行了相(xiang)關(guan)性分析，以確定(ding)在(zai)(zai)樣(yang)本(ben)中(zhong)存在(zai)(zai)的(de)(de)某些抗(kang)生素抗(kang)性是否可(ke)(ke)以明顯歸因于(yu)(yu)單(dan)個(ge)或多(duo)(duo)個(ge)細菌宿(su)(su)主(zhu)(zhu)，從而可(ke)(ke)能獨(du)立于(yu)(yu)整體群落多(duo)(duo)樣(yang)性。通過相(xiang)關(guan)分析僅(jin)鑒(jian)定(ding)出(chu)兩種(zhong)潛在(zai)(zai)宿(su)(su)主(zhu)(zhu)asv(分類為(wei)(wei)腐螺旋菌科(ke)和鞘氨醇(chun)桿(gan)菌目。然而，在(zai)(zai)土壤中(zhong)鑒(jian)定(ding)出(chu)的(de)(de)blaCTX-M2、blaOXA48和河流中(zhong)鑒(jian)定(ding)出(chu)的(de)(de)vanA的(de)(de)潛在(zai)(zai)宿(su)(su)主(zhu)(zhu)均未(wei)見(jian)文獻報道(dao)作(zuo)為(wei)(wei)這些ARGs的(de)(de)宿(su)(su)主(zhu)(zhu)。結果(guo)表明這些低人(ren)為(wei)(wei)影響的(de)(de)樣(yang)本(ben)數據中(zhong)的(de)(de)ARG豐(feng)度可(ke)(ke)能與單(dan)個(ge)宿(su)(su)主(zhu)(zhu)無(wu)關(guan)，而是與多(duo)(duo)個(ge)宿(su)(su)主(zhu)(zhu)有關(guan)。 多樣性(xing)是ARG傳播的障礙 在河流樣品數據中(zhong)，檢(jian)測到的arg數量與(yu)三個多(duo)樣性(xing)指標之間無(wu)明顯(xian)的相關(guan)(guan)性(xing)。三者(zhe)均(jun)為負(fu)相關(guan)(guan)，但均(jun)無(wu)統計學意義(yi)(rPielou = - 0.02, rShannon = - 0.04, rChao1 = - 0.11, p均(jun)> 0.05圖3 a - c)。 與河流樣(yang)品(pin)數據相反，土(tu)壤樣(yang)品(pin)的(de)多(duo)樣(yang)性(xing)越(yue)高，檢測到的(de)ARGs數量越(yue)少。根據Pielou均(jun)勻度(du)(r = - 0.35, p = 0.0042)和Shannon多(duo)樣(yang)性(xing)(r = - 0.37, p = 0.0027)的(de)Spearman秩相關分析，這種負(fu)相關是顯著的(de)(圖(tu)3d, e)。同樣(yang)，對(dui)于Chao1豐富度(du)，觀察到與檢測到的(de)ARGs數量呈(cheng)負(fu)相關，但幾(ji)乎不顯著(r = - 0.25, p = 0.051)(圖(tu)3f)。這些結果首(shou)次表明，更結構化的(de)土(tu)壤環境中，基于多(duo)樣(yang)性(xing)的(de)屏障(zhang)效(xiao)應(ying)可(ke)能確實存在(zai)。 圖3 ：每個樣(yang)(yang)本(ben)檢測到的ARGs數量(liang)與多樣(yang)(yang)性(xing)指標的相關性(xing)分析。對均勻(yun)度(a)、多樣(yang)(yang)性(xing)(b)和(he)豐(feng)富度(c)的河流環(huan)境(jing)樣(yang)(yang)本(ben)以及均勻(yun)度(d)、多樣(yang)(yang)性(xing)(e)和(he)豐(feng)富度(f)的土壤環(huan)境(jing)樣(yang)(yang)本(ben)進行線性(xing)相關。不(bu)同(tong)的顏色(se)代(dai)(dai)表(biao)不(bu)同(tong)國家的樣(yang)(yang)本(ben)，符號代(dai)(dai)表(biao)了不(bu)同(tong)的樣(yang)(yang)本(ben)類型。 隨后分析(xi)了ARGs的相(xiang)(xiang)對(dui)(dui)豐度與(yu)三個多樣(yang)性(xing)指(zhi)標(biao)之(zhi)間(jian)(jian)的相(xiang)(xiang)關(guan)性(xing)。只(zhi)對(dui)(dui)在(zai)至少25%的樣(yang)本(ben)(ben)中檢(jian)測到的args進行了分析(xi)。在(zai)河流(liu)(liu)樣(yang)本(ben)(ben)數(shu)據中，絕大(da)對(dui)(dui)數(shu)args與(yu)多樣(yang)性(xing)之(zhi)間(jian)(jian)沒有(you)發(fa)現明顯的相(xiang)(xiang)關(guan)性(xing)，只(zhi)有(you)blaTEM基因(yin)(yin)與(yu)Chao1豐富度之(zhi)間(jian)(jian)存(cun)在(zai)顯著(zhu)的正(zheng)(zheng)相(xiang)(xiang)關(guan)(RS = 0.42, p = 0.0003)。(圖4a-c)而在(zai)土壤樣(yang)本(ben)(ben)數(shu)據中，ARGs相(xiang)(xiang)對(dui)(dui)豐度與(yu)不(bu)同多樣(yang)性(xing)指(zhi)數(shu)之(zhi)間(jian)(jian)存(cun)在(zai)大(da)量顯著(zhu)負相(xiang)(xiang)關(guan)(圖4 -f)，與(yu)河流(liu)(liu)環境相(xiang)(xiang)似，只(zhi)有(you)blaTEM基因(yin)(yin)是(shi)例外，它與(yu)任一(yi)多樣(yang)性(xing)指(zhi)標(biao)均(jun)(jun)呈正(zheng)(zheng)相(xiang)(xiang)關(guan)(RS = 0.47-0.51，均(jun)(jun)p < 0.05，)，這一(yi)趨勢(shi)與(yu)河流(liu)(liu)樣(yang)本(ben)(ben)數(shu)據一(yi)致(zhi)。 圖(tu)4：ARG相對豐(feng)度(du)(du)豐(feng)度(du)(du)與多(duo)樣(yang)性(xing)指標的(de)相關(guan)(guan)性(xing)分析(xi)。均勻度(du)(du)(a)、多(duo)樣(yang)性(xing)(b)和(he)(he)豐(feng)富度(du)(du)(c)為(wei)河(he)流環境(jing)樣(yang)本，均勻度(du)(du)(d)、多(duo)樣(yang)性(xing)(e)和(he)(he)豐(feng)富度(du)(du)(f)為(wei)土(tu)壤環境(jing)樣(yang)本。填充(chong)條表示(shi)顯著相關(guan)(guan)性(xing)，而(er)籠形條表示(shi)不顯著相關(guan)(guan)性(xing)。顏色表示(shi)arg產生(sheng)耐藥性(xing)的(de)抗生(sheng)素種類。只對至少(shao)25%的(de)樣(yang)本中檢測到的(de)args進行了(le)分析(xi)。 在5個檢測的(de)可移(yi)動遺傳元件中，有(you)4個(整合(he)子整合(he)酶1基因(yin)intI1、IncP質粒oriT基因(yin)、IncW質粒trwAB基因(yin)、IS26的(de)orf37基因(yin))與土壤樣本(ben)數(shu)(shu)據的(de)3個多樣性(xing)指(zhi)數(shu)(shu)均呈負相關(guan)(均p > 0.05)，而Tn5轉座酶基因(yin)未受影響(圖(tu)5d-f)。而在河流樣本(ben)數(shu)(shu)據中，MGE豐度與多樣性(xing)指(zhi)數(shu)(shu)沒(mei)有(you)或只有(you)輕微的(de)正相關(guan)，這與Args與樣本(ben)多樣性(xing)的(de)關(guan)聯類似。 圖5：MGE相(xiang)對豐度與多(duo)樣(yang)性指(zhi)標(biao)的相(xiang)關性分(fen)析。均勻度(a)、多(duo)樣(yang)性(b)和(he)(he)豐富度(c)為(wei)河流(liu)環境樣(yang)本，均勻度(d)、多(duo)樣(yang)性(e)和(he)(he)豐富度(f)為(wei)土(tu)壤環境樣(yang)本。填(tian)充(chong)條(tiao)表(biao)示(shi)顯著(zhu)相(xiang)關性，而(er)籠形條(tiao)表(biao)示(shi)不顯著(zhu)相(xiang)關性。 按ARG總(zong)豐度(du)劃分的群落相(xiang)似性 最后，旨在確定除了(le)群(qun)落多樣(yang)性(xing)之外，樣(yang)本中arg的豐(feng)度也可(ke)以通過(guo)系統發育來預測(ce)。結果(guo)表(biao)明雖(sui)然群(qun)落多樣(yang)性(xing)在結構土壤(rang)環(huan)境中與ARG豐(feng)度相關，但(dan)群(qun)落相似性(xing)只能作(zuo)為高ARG豐(feng)度的預測(ce)因子，而在低豐(feng)度樣(yang)品(pin)具有(you)高度的不相似性(xing)，因此不能作(zuo)為低ARG豐(feng)度的預測(ce)因子。 圖(tu)6：布(bu)(bu)(bu)雷柯蒂(di)斯差異性分布(bu)(bu)(bu)。河(he)流(a)和(he)土壤(rang)(b)數(shu)據的布(bu)(bu)(bu)雷柯蒂(di)斯差異分布(bu)(bu)(bu)顯示(shi)在所有樣(yang)本(ben)數(shu)據中，以及總arg豐度最低的20%(底部20%)和(he)最高的20%(頂(ding)部20%)的樣(yang)本(ben)子集中。兩(liang)兩(liang)差異分布(bu)(bu)(bu)之間(jian)的顯著性檢(jian)驗(yan)是通過Tukey HSD的單因素方差分析(xi)事后檢(jian)驗(yan)進行的。
PART.04、總 結(jie) 文章的(de)研(yan)究結果表明(ming)在(zai)土壤中，較高的(de)多(duo)樣(yang)(yang)性(xing)、均勻度(du)和豐富度(du)與(yu)ARGs相對豐度(du)呈顯著負相關。此外，每個樣(yang)(yang)本檢測到的(de)ARGs數(shu)量與(yu)多(duo)樣(yang)(yang)性(xing)呈負相關，而在(zai)更(geng)有(you)活(huo)力的(de)河(he)床(chuang)中沒(mei)有(you)這種(zhong)影響。因此，微生(sheng)物組多(duo)樣(yang)(yang)性(xing)可以在(zai)固(gu)定的(de)、結構化的(de)環境中作(zuo)為抗生(sheng)素抗性(xing)基(ji)因傳播的(de)障礙，以多(duo)樣(yang)(yang)性(xing)為基(ji)礎的(de)抵御(yu)抗生(sheng)素抗性(xing)基(ji)因傳播的(de)能力是可以進化的(de)。 研究(jiu)結果指(zhi)出了健康環境中的(de)不同的(de)微生物群落為(wei)抗菌素耐藥性(xing)的(de)擴散提供了天(tian)然屏(ping)障效應，從(cong)而清楚地顯示了環境和人類(lei)健康是如(ru)何(he)通過(guo)“同一(yi)個健康”概念(nian)直接(jie)聯系(xi)在一(yi)起(qi)的(de)。這種屏(ping)障效應可以在土壤生態(tai)系(xi)統管理中加以利(li)用，例如(ru)，通過(guo)廢水再利(li)用確定含水層補給的(de)最佳地點，選擇具有(you)高內(nei)在多樣(yang)性(xing)的(de)地點可能有(you)利(li)于限制(zhi)廢水產生的(de)ARGs的(de)傳播。
基(ji)因工程產品目錄 基因定量服務(wu) 高通量qPCR芯片、常(chang)規(gui)相對定量（mRNA,microRNA,lncRNA,circRNA,外泌(mi)體定量等）、常(chang)規(gui)絕對定量（微生物多樣性、功能基因） 生物(wu)指標檢測服(fu)務 土壤類(lei)、植物類(lei)、食品(pin)類(lei)、水質(zhi)類(lei)、污染類(lei)、醫學(xue)類(lei)、液相(xiang)、氣質(zhi)、離子色(se)譜 SNP分型服務 Kasp法(fa)(fa)、Sanger測序法(fa)(fa)、SNaPshot法(fa)(fa) PCR重測序服(fu)務 物(wu)種鑒定、目的基因擴增測序(xu)、PCR產(chan)物(wu)測序(xu) 基礎分(fen)子生物學服務(wu) 引(yin)物合成、標記探針引(yin)物合成、一(yi)代測序、PCR擴(kuo)增 表(biao)觀遺傳研究(jiu) 甲(jia)基化BSP檢測 毛細管電(dian)泳分型服務 SSR引物開發、微衛星(xing)多態性分析、MSI檢(jian)測、STR跑板(ban)、細胞系(xi)鑒定 分子克隆(long)服務 全基因(yin)合成(cheng)、PCR克(ke)隆(long)、TA克(ke)隆(long)、定點突變、RNA合成(cheng) 蛋白互作驗(yan)證服務 核(he)體系酵母單雜/雙雜、膜體系酵母雙雜、點(dian)對點(dian)驗證 蛋(dan)白測定服(fu)務 酶聯免疫(yi)吸(xi)附（Elisa）
