記者昨天從華東師范大學(xué)獲悉，該校劉敏教授團(tuán)隊(duì)利用土壤宏基因組大數(shù)據(jù)，首次繪制了全球土壤抗生素抗性基因分布圖，識(shí)別了全球土壤微生物耐藥性熱點(diǎn)區(qū)域，揭示了全球土壤微生物耐藥性的地理格局及其驅(qū)動(dòng)機(jī)制。相關(guān)研究成果于11月16日以全文形式發(fā)表于《Science Advances》。該成果為落實(shí)世界衛(wèi)生組織微生物耐藥性全球行動(dòng)計(jì)劃、控制土壤抗生素抗性基因的傳播擴(kuò)散提供了決策支撐。
抗生素的大量使用與濫用使微生物體內(nèi)編碼抗生素抗性的基因在環(huán)境中選擇性富集，致病菌通過(guò)基因突變或者水平基因轉(zhuǎn)移獲得抗生素抗性基因后，導(dǎo)致抗生素治療失效、治療時(shí)間延長(zhǎng)、病死率升高和住院費(fèi)用增加，對(duì)人類(lèi)與動(dòng)物健康構(gòu)成了嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。因此，抗生素與抗生素抗性基因被視為新型污染物。
新型污染物，是一類(lèi)對(duì)生態(tài)系統(tǒng)與公共健康具有潛在風(fēng)險(xiǎn)和危害的污染物，治理難度大、排放清單缺失以及環(huán)境數(shù)據(jù)匱乏。隨著新污染物生產(chǎn)、使用和輸入的不斷加大，新污染物已成為當(dāng)今人類(lèi)面臨的重大環(huán)境問(wèn)題和巨大挑戰(zhàn)。
在此背景下，世界衛(wèi)生組織在2011年發(fā)出了“遏制耐藥——今天不采取行動(dòng)，明天就無(wú)藥可用”的警告，并于 2015 年發(fā)起了微生物耐藥性全球行動(dòng)計(jì)劃，旨在通過(guò)多國(guó)跨部門(mén)的聯(lián)合行動(dòng)控制微生物耐藥性的傳播擴(kuò)散。今年5月24日，我國(guó)也正式頒布《新污染物治理行動(dòng)方案》，首次確定的14種優(yōu)控新污染物中就有抗生素在內(nèi)。
然而全球土壤抗生素抗性基因有著怎樣的空間分布？什么因素驅(qū)動(dòng)著土壤微生物耐藥性的地理格局？目前尚不清楚，這嚴(yán)重制約了對(duì)大尺度土壤微生物耐藥性的理解以及對(duì)土壤微生物耐藥性的有效控制。
劉敏教授團(tuán)隊(duì)多年來(lái)一直聚焦新型污染物的多尺度多介質(zhì)機(jī)理與過(guò)程模擬，推進(jìn)環(huán)境地理大數(shù)據(jù)研究?；谕寥篮昊蚪M大數(shù)據(jù)，他們注釋了全球土壤環(huán)境的抗生素抗性基因，發(fā)現(xiàn)全球農(nóng)業(yè)土壤的抗生素抗性基因豐度顯著高于非農(nóng)業(yè)土壤，多重耐藥抗性基因是主導(dǎo)的土壤抗生素抗性基因類(lèi)型。
▲土壤抗生素抗性基因組成結(jié)構(gòu)
準(zhǔn)確識(shí)別微生物宿主是理解土壤微生物耐藥水平的關(guān)鍵，研究團(tuán)隊(duì)對(duì)攜帶抗生素抗性基因的基因序列進(jìn)行了微生物注釋?zhuān)l(fā)現(xiàn)抗生素抗性基因主要由腸道微生物和病原菌攜帶。
進(jìn)一步分析表明，人類(lèi)活動(dòng)可能通過(guò)污泥農(nóng)用和糞肥施用引入腸道微生物和病原菌，增加土壤抗生素抗性基因豐度；土壤理化性質(zhì)、溫度和降水等地理要素，也可通過(guò)調(diào)節(jié)病原菌和腸道微生物的生長(zhǎng)繁殖間接驅(qū)動(dòng)土壤微生物耐藥性水平。
在人類(lèi)活動(dòng)、土壤性質(zhì)以及氣候等因素的共同驅(qū)動(dòng)下，全球土壤微生物耐藥性水平會(huì)呈現(xiàn)怎樣的地理格局？
研究團(tuán)隊(duì)利用機(jī)器學(xué)習(xí)首次繪制了全球土壤抗生素抗性基因豐度分布圖，發(fā)現(xiàn)全球土壤微生物耐藥性熱點(diǎn)區(qū)域主要位于美國(guó)東部、歐洲西部、南亞和東亞等人口密集、農(nóng)牧業(yè)發(fā)達(dá)的地區(qū)。據(jù)此，研究團(tuán)隊(duì)提出，需要通過(guò)削減抗生素使用、減少污水灌溉與糞肥施用，重點(diǎn)控制上述人口密集、農(nóng)牧業(yè)發(fā)達(dá)地區(qū)的土壤微生物耐藥性水平。
▲首張全球土壤抗生素抗性基因豐度空間分布圖
“這項(xiàng)研究工作基于大數(shù)據(jù)挖掘和環(huán)境地理學(xué)視角，引領(lǐng)了大尺度土壤微生物耐藥性研究方向?！眲⒚艚淌谡f(shuō)，“研究成果對(duì)聯(lián)合國(guó)可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)3——良好健康與福祉，具有重要現(xiàn)實(shí)意義，為落實(shí)世界衛(wèi)生組織微生物耐藥性全球行動(dòng)計(jì)劃和國(guó)務(wù)院《新污染物治理行動(dòng)方案》提供了決策依據(jù)?！?/span>
地理科學(xué)學(xué)院劉敏教授、河口海岸研究院侯立軍教授和地理科學(xué)學(xué)院尹國(guó)宇副教授為論文通訊作者，地理科學(xué)學(xué)院研究生鄭棟升和尹國(guó)宇副教授為論文第一作者，華東師范大學(xué)為論文第一完成單位。論文作者包括地理科學(xué)學(xué)院楊毅教授、鄭艷玲教授和李曄博士后，蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院Thomas助理教授。該研究得到了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目和國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目等的資助。
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記者丨許琦敏
來(lái)源丨文匯網(wǎng)
編輯丨趙一航
編審丨戴琪
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