从土壤看我国遏制细菌耐药国家行动计划的环境成效 | NSR论文

抗微生物药物耐药性（AMR）已成为全球公共健康面临的重大挑战。近年来，“同一健康”理念持续强调环境在AMR传播与防控中的重要作用。土壤是环境系统的重要组成部分，既是ARGs的潜在来源，也是ARGs的重要储库。已有研究显示，土壤中可检测到一些临床重要的ARGs，表明两者存在潜在关联。然而，现有AMR治理成效评估主要集中于临床场景，而国家尺度AMR防控行动是否能够改变土壤ARGs分布与风险，仍缺乏系统证据。

研究团队整合的2243个我国土壤宏基因组数据，覆盖耕地、草地、森林和未利用地等多种土地利用类型，建立了我国土壤ARGs开放交互式平台（https://smile.hku.hk/map/）。结果显示，我国土壤中共检测到2043种ARGs亚型和108种高风险ARGs亚型。进一步分析发现，耕地土壤的ARGs相对丰度、多样性和潜在风险更高。耕地中可检测到1857种ARGs亚型和 103种高风险ARGs亚型，并发现 bla_NDM、mcr 等临床重要的高风险ARGs，提示耕地土壤是重要的环境ARGs储库之一，仍需开展长期监测与风险管控。

与2015年及以前相比，2016年后我国耕地土壤ARGs相对丰度显著下降，其中总ARGs和高风险ARGs分别降低52.6%和77.0%。进一步分析表明，超过70%的ARGs类型在2016年后呈显著下降趋势，其中β-内酰胺类、喹诺酮类、四环素类以及大环内酰胺-林可酰胺-链阳菌素类（MLS）相关ARGs下降尤为明显。这些ARGs对应的抗菌药物类别在临床和畜牧养殖领域使用强度较高。与此同时，我国土壤ARGs变化趋势与临床细菌耐药水平、临床抗菌药物使用强度和兽用抗菌药物消耗量的下降显著相关，表明土壤抗性组与临床和兽用抗菌药物使用之间存在紧密联系。该变化趋势表明《遏制细菌耐药国家行动计划（2016-2020年）》的实施，不仅可能改善临床和动物源耐药状况，也可能在环境耐药治理中产生积极影响。

图1. 2016年前后我国土壤抗性基因丰度和高风险ARGs相对丰度变化

研究团队于2021年在我国采集了110个耕地土壤样本，并检测了抗生素、重金属、农药及其残留、非抗生素类药物等多类化学污染物。结果显示，污染物浓度和农业活动均显著影响耕地土壤中残留ARGs的分布，其中污染物和农业活动分别贡献了总ARGs丰度变异的29.0%-31.7%和23.9%-25.4%。进一步分析发现，四环素类ARGs与锰、铁、镉、钴、锌、铜等金属抗性基因频繁共现，提示金属等污染物可能通过共选择作用促进ARGs持续存在，从而削弱抗菌药物控制带来的环境效益。

图2. 耕地土壤中污染物、农业活动与ARGs的关系

研究团队进一步将我国土壤数据与2556个全球其他国家土壤宏基因组数据进行比较。结果显示，耕地土壤中核心ARGs在不同国家和地区之间具有更高的跨区域连通性。其中，β-内酰胺类、喹诺酮类、MLS和四环素类ARGs表现出更强的全球连通特征。研究表明，全球农业活动带来的相似选择压力可能促进不同地区耕地土壤ARGs组成的趋同，并提示环境ARGs治理需要从单一国家行动进一步向全球协同转变。

图3. 我国与全球其他国家土壤ARGs连通性

该研究基于2009-2022年我国2243个土壤宏基因组数据，从全国尺度揭示了土壤ARGs的时空变化特征，并从土壤角度评估了《遏制细菌耐药国家行动计划》的环境成效。研究发现，2016年后我国土壤总ARGs和高风险ARGs相对丰度均显著下降。耕地仍是土壤ARGs防控的关键场景，化学污染物和农业活动可能是限制进一步治理成效的重要因素。研究强调，未来应在“ 同一健康”框架下，将临床和兽用抗菌药物管理、农业生产规范化、耕地污染控制和国际协同治理相结合，以减少ARGs在环境中的持续存在和广泛传播。

香港大学赵宇翔博士和西北农林科技大学刘子述教授为论文共同第一作者。香港大学张彤教授、浙江大学朱利中教授和胡宝兰教授为论文通讯作者。其他作者包括香港大学陈熙、黄越、李姝娴、毛雪梅、郑夏婉和浙江大学姚翔午。

该研究受到国家自然科学基金委员会化学科学部重大项目“环境中抗生素抗性基因增殖扩散界面行为及其风险”的资助。

研究论文

https://doi.org/10.1093/nsr/nwag387