科学家揭示青藏高原冰川抗性基因分布特征

抗生素抗性基因（Antibiotic resistance genes，简称抗性基因）被世界卫生组织（WHO）列为21世纪威胁人类健康的重大挑战之一。目前，全球变暖导致冰川加速消融，冰川环境中存留的耐药菌及其携带的抗性基因有可能随冰川消融输出到下游湖泊、河流等环境中，对下游环境的生态安全和居民健康产生潜在威胁。虽然青藏高原环境较洁净，但外源抗性基因可随大气环流扩散至高原冰川，这些抗性基因继而在冰川微生物甚至在病原菌间相互传播，增加了冰川环境潜在的耐药风险。目前，关于青藏高原冰川耐药菌及其携带的抗性基因分布特征及其影响因子尚不明确。

为此，中国科学院青藏高原研究所环境变化与多圈层过程团队通过分析青藏高原21条冰川85个雪、冰和冰尘样品中的微生物基因组，揭示了青藏高原冰川耐药菌携带抗性基因的空间分布格局。研究人员发现，抗性基因在季风影响区冰川雪中的丰度显著高于西风影响区冰川（图1），季风影响区冰川降水主要受印度及孟加拉等国的印度季风影响，冰川抗性基因丰度与这些国家抗生素的使用量呈显著正相关（图2），表明青藏高原周边国家大量使用抗生素可能导致抗性基因随印度季风传播扩散至青藏高原冰川生境。

图1 青藏高原21条冰川抗性基因的相对丰度

图2 青藏高原冰川抗性基因丰度与抗生素使用量的关系

科研团队进一步利用宏基因组技术分析了冰川生境中耐药菌的分布特征，发现冰川耐药菌大多携带多种抗性基因，其中携带四环素—氟喹诺酮类抗性基因组合的冰川耐药菌数量最多（图3）。对冰川耐药菌潜在致病风险的分析结果显示，28个属中的细菌同时携带了抗性基因和毒力因子（图4），这些耐药菌对人类健康存在较大风险。

图3 冰川耐药菌含有的抗性基因组合及数量

图4 冰川中抗性基因和毒力因子的共同宿主

科研人员进一步识别了抗性基因在冰川生境中的传播媒介，发现质粒是冰川生境的优势移动遗传元件（图5）。由于移动遗传元件的丰度与抗性基因水平转移发生的概率存在关联，季风影响区冰川中移动遗传元件丰度较高，表明抗性基因在该区域的传播扩散风险高于西风影响区冰川。

图5 冰川中抗性基因与移动遗传元件共存特征

上述研究成果以“Monsoon affects the distribution of antibiotic resistome in Tibetan glaciers”为题，发表在《Environmental Pollution》上。中国科学院青藏高原研究所特别研究助理毛冠男博士为第一作者，刘勇勤研究员为通讯作者。该研究得到了第二次青藏高原综合科学考察研究专项（2019QZKK0503、2021QZKK0100）、国家重点研发计划（2021YFC2300904）、国家自然科学基金（91851207、42101128）以及“一带一路”国际科学组织联盟联合研究合作专项（ANSO-CR-KP-2021-04）共同资助。

论文信息：Mao, G., Ji, M., Jiao, N., Su, J., Zhang, Z., Liu, K., Chen, Y., Liu, Y.* Monsoon affects the distribution of antibiotic resistome in Tibetan glaciers. Environmental Pollution, 2023, 317: 120809.