抗性宏基因组揭秘人和动物共享ARG以及ARG的转移能力

抗生素耐药性（Antibiotic Resistance）是全球日益严重的公共卫生问题，随着“同一健康”概念的提出，人们更追求人、动物和环境的最佳健康。动物服用抗生素后会在其内脏中产生抗药细菌，并留在动物体内，最终可能传播给人类。但是，人类和食用动物之间获得性抗生素耐药性基因（ARGs）的相似性程度以及它们之间抗生素耐药性转移的驱动因素尚不清楚。

本期为大家分享的文献是发表在《msystems》上的“Sharing of Antimicrobial Resistance Genes between Humans and Food Animals”一文，该研究对人类以及两种食用动物（鸡和猪）的1000多个肠道样本的宏基因组大型全球数据集进行了分析，重点关注可移动遗传元件（MGE）相关的获得性抗生素抗性基因（ARGs），为进一步了解食用动物中抗生素抗性基因的可转移性开辟了新的途径。

发表期刊：msystems

发表时间：2022

影响因子：7.324

DOI: 10.1128/msystems.00775-22

研究思路

本研究以猪和鸡作为食用动物的例子，共整理和分析了来自全球地理位置的1,487个人类和食用动物的肠道宏基因组，其中包括本研究中新测序的21个人类肠道微生物群样本。基于此数据集，作者重点分析了与可移动遗传元件（MGEs）相关的获得性抗生素耐药性基因（ARGs），并通过在两大类宿主中鉴定到的可移动元件和细菌分类来评估ARGs的转移能力。

主要结果

1、ARGs的多样性和相对丰度

基于宏基因组数据结果表明，大多数人类样本中观察到的ARGs数量低于包括猪和鸡在内的食用动物（图1a），beta多样性指数在人类样本中比在食用动物样本中表现出更大的差异（图1c-e）。猪体内ARGs的相对丰度明显高于人类宿主（图2a）。

将宿主来源不同的两种类型的ARGs进行聚类分析，结果表明四环素、万古霉素和大环内酯类耐药这类的ARGs在大多数样本中广泛存在，而喹诺酮类、氯霉素类和氨基糖甙类的ARGs在不同宿主中存在很大差异（图2）。除编码a类β-内酰胺酶的cepA外，所有ARGs在食用动物中比在人类中更丰富（图2c）。

图1 宿主人、鸡、猪中获得性ARGs的多样性比较

图2 人类和食用动物中获得性ARGs的相对丰度的比较

2、人类和食用动物共有ARGs

本研究共观察到863个ARGs，其中人类和猪共有的345个，人类和鸡共有的214个（图3a）。除却在人类宿主中不存在的对梭链孢酸产生抗性的ARGs，其他类型的ARGs在所有宿主中出现的频率都是具有可比性的（图3b）。

研究进一步探索这些ARGs在两种宿主之间的潜在可转移性，在所有样本中携带ARGs的contigs中鉴定了插入序列（IS）元件。发现共生菌，尤其是梭菌目的细菌，是可移动遗传元件（MGE）相关ARGs的主要来源，且在人类和食用动物中均有发现。此外，MGEs（即Tn4451/Tn4453和TnAs3）主要归因于人类和食用动物之间的共享。在Tn4451/Tn4453中还发现了大型解离酶家族位点特异性重组酶的成员，即TnpX，其有助于瞬时环状分子的插入。

图3 人类和食物动物中共有的ARGs

图4 CNH、CNS和HKH组之间共有的抗生素耐药性基因

3、ARG在人类和猪宿主和主要ARG贡献者中的可转移性

使用抗生素耐药性基因转移性指数（ARGTI）评估ARG在两种宿主中的可转移性。尽管抗生素抗性基因在人类中的可转移性差异高于猪，但在猪中观察到的平均可转移性高于人类。Lefse分析表明大环内酯和-内酰胺产生耐药性的ARGs是人类和猪宿主主要贡献者。

图5 在不同的宿主中ARGs的转移模型

03结

总结

综上所述，本研究通过对耐药体进行全面监测，观察到了潜在的抗菌素耐药性热点，特别是极有可能水平转移到病原体的ARGs。在本研究中观察到食用动物中具有较高转移性的潜在抗生素抗性热点，强调了在出现新的耐药性威胁传播前对其进行监测的重要性。这项工作的成果为我们进一步了解ARG在食用动物中的可转移性开辟了一条新的途径。本研究将帮助并指导如何解读“同一健康”倡议中的其他联系，并对人类健康产生预期的积极反馈。

参考文献

Sharing of Antimicrobial Resistance Genes between Humans and Food Animals. msystems, 2022.

DOI: 10.1128/msystems.00775-22