熒光定量PCR及高通量測序方法研究抗生素抗性基因

　　抗生素自發明以來被廣泛使用，曾經被認為是可以治愈任何細菌感染的靈丹妙藥。然而，由于多種因素的影響，21世紀以來細菌抗生素抗性（耐藥性）問題日益突出，導致抗菌藥物治療失效時有發生，因此抗生素抗性基因被認定為新興污染物。細菌抗生素抗性雖然是環境中的自然現象，但隨著環境中抗生素、重金屬和殺菌劑等濃度升高，對抗生素抗性基因的選擇壓力增大，促進并加速了抗生素抗性基因在環境中的增殖、擴散和傳播；特別是，抗性基因能夠通過多種途徑轉移給致病菌，對人類、環境和社會健康構成了巨大威脅。水環境是抗生素抗性基因重要的儲存庫，自然水體受市政污水、農業徑流等人類活動影響，可為抗性基因的增殖和傳播提供理想的環境條件。研究表明，在生活污水、養殖廢水等抗生素含量較高的環境中，細菌群落物種分類組成變化與抗生素抗性基因動態密切相關。然而，在低抗生素選擇壓力的自然水體中，細菌群落組成對抗生素抗性基因動態變化的影響研究較少。此外，目前國際上對高頻率時間尺度上抗生素抗性基因的季節變化趨勢與規律認知不足，限制了水體抗生素抗性基因污染風險的精準、有效防控。

　　中國科學院城市環境研究所水生態健康研究組楊軍團隊建立了城市水庫高頻觀測研究站，選取杏林灣水庫連續1年每周取樣，采用高通量熒光定量PCR和高通量測序方法研究了浮游細菌群落和抗生素抗性基因組成的動態變化過程，多角度、多層次揭示了細菌群落組成與抗生素抗性基因的關系。該研究共檢出197種抗生素抗性基因和10種可移動遺傳因子。研究發現，在一周時間內，一些細菌和抗生素抗性基因豐度可發生劇烈變化或波動；但在一年時間尺度上，細菌群落組成變化具有顯著的季節性，而抗生素抗性基因組成變化沒有明顯的季節性。進一步研究表明，盡管細菌群落與抗性基因具有較弱的相關關系，但是細菌群落組成與抗性基因組成在時間尺度上變化是不同步的；細菌群落與環境因子之間聯系較抗性基因更緊密，但是中性過程（隨機性過程）對細菌群落組成變化影響更大、決定性過程對抗性基因組成變化影響更大。此外，研究發現降雨和濁度與抗性基因豐度和豐富度顯著正相關，而且可移動遺傳因子與抗性基因顯著正相關。總的來說，該研究解析了城市水庫水體中抗生素抗性基因在高頻時間尺度上的變化模式及影響因素，揭示了低抗生素選擇壓力水體中細菌群落物種組成與抗性功能的解耦合現象，為水環境中抗生素抗性基因的風險評估、控制和管理提供了基礎數據。

　　研究成果以Decoupling the dynamics of bacterial taxonomy and antibiotic resistance function in a subtropical urban reservoir as revealed by high-frequency sampling 為題發表在微生物領域國際期刊Frontiers in Microbiology, 2019，10: 1448。碩士生方沛菊為第一作者，楊軍為通訊作者。該研究得到中科院戰略性先導科技專項、國家自然科學基金和廈門市科技計劃項目的資助。

水庫細菌群落分類組成與抗生素耐藥功能基因變化過程