摘要：抗生素抗性基因（Antibiotics resistance genes，ARGs）是指存在于细菌或其他微生物基因组中的基因，使它们具有对抗生素的抵抗能力。这些基因编码了一系列的蛋白质或其他分子机制，使细菌能够对抗生素产生耐药性。抗生素自被发现以来就被广泛用于
什么是抗生素抗性基因？
抗生素抗性基因（Antibiotics resistance genes，ARGs）是指存在于细菌或其他微生物基因组中的基因，使它们具有对抗生素的抵抗能力。这些基因编码了一系列的蛋白质或其他分子机制，使细菌能够对抗生素产生耐药性。抗生素自被发现以来就被广泛用于治疗细菌感染，但抗生素的大量生产及在养殖业和临床医疗上的滥用,导致大量抗生素抗性基因出现并不断进化和传播，对人类健康和生态安全造成严重威胁。有文献报道，2014 年全球有接近 70 万人死于由耐药细菌引起的感染。 自Pruden等在2006年提出将抗生素抗性基因作为一种新型的环境污染物以来，人们愈发意识到抗生素抗性基因在环境中的长期残留、广泛传播及不断扩散所带来的风险，人们也越来越重视环境科学领域抗生素抗性基因在环境领域方面的研究。
1.研究进展
2009
Allen等人通过宏基因组分析首次发现了双功能的β内酰胺酶基因。
2012
McGarvey等人从华盛顿大学校园土壤中筛选到41个抗性基因, 这些抗性基因在氨基酸水平上与已知的抗性基因相似性很低, 彼此之间的相似性也很低。
2013
Galán等人通过对30000年前冻土的DNA进行宏基因组分析发现, 内在抗性基因组具有高度多样性, 其中一些基因编码对多种药物具有抗性, 比如β-内酰胺类、糖肽和四环素类抗生素。
2022
Patrick Munk等人使用宏基因组测序分析2016年至2019年101个国家243个城市的757个污水样本中的抗生素抗性基因。在抗性组中找到了区域模式，这些模式在对应于药物类别的亚群之间有所不同，并且部分由分类变异驱动。
2.宏基因组与ARGs
对于抗生素抗性基因（ARGs）的传统研究，主要聚焦于通过培养特定病原菌来进行分离，这种方法难以深入洞察复杂微生物群落中ARGs及其相关可移动遗传元件的情况。
而宏基因组技术的运用则为我们提供了环境中ARGs的更全面视角，并揭示了关于ARGs的移动性以及宿主关联的深刻见解，为抗生素耐药性的研究和防控提供新的线索和思路。
3.研究实例
下面跟随小编一起，通过几篇文章来看下宏基因组学针对环境抗生素抗性基因的研究。
原名：Metagenomics analysis revealing the occurrence of antibiotic resistome in salt lakes
译名：宏基因组学分析揭示盐湖抗生素抗性组的存在
期刊：Science of the Total Environment
发表时间：2021.6.4
DOI：10.1016/j.scitotenv.2021.148262
概述
本研究采用宏基因组学方法研究了4个盐湖的广谱ARG谱、微生物群落组成以及微生物组与抗菌素耐药性之间的综合关系。共检测到175种ARG亚型和19种ARG类型，对多药、杆菌肽和大环内酯-林可酰胺-链霉菌素（MLS）耐药的ARG占ARG总丰度的71.2%。但随着湖泊盐度的增加，ARG的丰度显著降低。不同湖泊和不同样本类型的ARG谱和微生物群落结构均存在显著差异。网络分析详细分析了ARG与微生物组装之间的关系，并推测了MLS、多药、喹诺酮类、杆菌肽、福霉素和利福霉素耐药基因的潜在ARG宿主。总之，本研究扩展了我们对高盐生态系统中ARG的发生和分布的认识。
图1. 网络分析描述了ARG亚型与微生物OT
原名：Global biogeography and projection of soil antibiotic resistance genes
译名：土壤抗生素抗性基因的全球生物地理学和预测
期刊：SCIENCE ADVANCES
发表时间：2022.11.16
DOI：10.1126/sciadv.abq8015
概述
本研究对1088个土壤宏基因组样本进行了全球分析，发现土壤中存在558个ARG，其中农业生境中的ARG丰度高于非农业生境。土壤ARG主要由临床病原体和肠道微生物携带，它们介导了气候和人为因素对ARG的控制。通过对土壤宏基因组大数据进行分析，研究人员绘制了全球首幅一张土壤ARG分布地图，发现土壤微生物耐药性热点区域主要位于美国东部、欧洲西部、南亚和东亚等人口密集、农牧业发达的地区。
研究团队对携带抗生素抗性基因的基因序列进行了微生物注释，发现抗生素抗性基因主要由肠道微生物和病原菌携带。
进一步分析表明，人类活动可能通过污泥农用和粪肥施用引入肠道微生物和病原菌，增加土壤抗生素抗性基因丰度；土壤理化性质、温度和降水等地理要素，也可通过调节病原菌和肠道微生物的生长繁殖间接驱动土壤微生物耐药性水平。该研究结果不仅提供了全球范围内土壤ARG的基线信息，而且为未来在气候变化和人为情景下的建模工作提供了基石。
图2. 壤ARG的归一化丰度的全球图谱
原名：Microplastic diversity increases the abundance of antibiotic resistance genes in soil
译名：微塑料多样性增加了土壤中抗生素抗性基因的丰度
期刊：Nature Communications
发表时间：2024.11.12
DOI：10.1016/j.jhazmat.2024.136068
概述
研究人员通过宏基因组分析研究了微塑料多样性对土壤ARG动态的影响。此外，还通过分析毒力因子基因（VFG）和移动遗传元件（MGE）来评估相关的潜在健康风险。研究发现，随着微塑料多样性的增加，土壤ARG、VFG和MGE的丰度也相应增加。研究进一步揭示了微塑料多样性通过涉及基因（遗传多样性改变）、群落（特定微生物增加）和功能（代谢途径丰富）的微生物适应策略，可能有助于ARG的传播。其他全球变化因素，包括杀菌剂的应用和植物多样性的减少，也导致了ARG丰度的增加。
研究结果表明，除了考虑污染水平外，监测生态系统中的微塑料多样性至关重要，因为它们可能通过多种途径推动抗生素耐药性的传播，理解广泛存在的ARGs在陆地生态系统中的风险提供了新的视角。
图3. 概念模型
来源：科技的纸飞机