荧光定量PCR及高通量测序方法研究抗生素抗性基因

　　抗生素自发明以来被广泛使用，曾经被认为是可以治愈任何细菌感染的灵丹妙药。然而，由于多种因素的影响，21世纪以来细菌抗生素抗性（耐药性）问题日益突出，导致抗菌药物治疗失效时有发生，因此抗生素抗性基因被认定为新兴污染物。细菌抗生素抗性虽然是环境中的自然现象，但随着环境中抗生素、重金属和杀菌剂等浓度升高，对抗生素抗性基因的选择压力增大，促进并加速了抗生素抗性基因在环境中的增殖、扩散和传播；特别是，抗性基因能够通过多种途径转移给致病菌，对人类、环境和社会健康构成了巨大威胁。水环境是抗生素抗性基因重要的储存库，自然水体受市政污水、农业径流等人类活动影响，可为抗性基因的增殖和传播提供理想的环境条件。研究表明，在生活污水、养殖废水等抗生素含量较高的环境中，细菌群落物种分类组成变化与抗生素抗性基因动态密切相关。然而，在低抗生素选择压力的自然水体中，细菌群落组成对抗生素抗性基因动态变化的影响研究较少。此外，目前国际上对高频率时间尺度上抗生素抗性基因的季节变化趋势与规律认知不足，限制了水体抗生素抗性基因污染风险的精准、有效防控。

　　中国科学院城市环境研究所水生态健康研究组杨军团队建立了城市水库高频观测研究站，选取杏林湾水库连续1年每周取样，采用高通量荧光定量PCR和高通量测序方法研究了浮游细菌群落和抗生素抗性基因组成的动态变化过程，多角度、多层次揭示了细菌群落组成与抗生素抗性基因的关系。该研究共检出197种抗生素抗性基因和10种可移动遗传因子。研究发现，在一周时间内，一些细菌和抗生素抗性基因丰度可发生剧烈变化或波动；但在一年时间尺度上，细菌群落组成变化具有显著的季节性，而抗生素抗性基因组成变化没有明显的季节性。进一步研究表明，尽管细菌群落与抗性基因具有较弱的相关关系，但是细菌群落组成与抗性基因组成在时间尺度上变化是不同步的；细菌群落与环境因子之间联系较抗性基因更紧密，但是中性过程（随机性过程）对细菌群落组成变化影响更大、决定性过程对抗性基因组成变化影响更大。此外，研究发现降雨和浊度与抗性基因丰度和丰富度显著正相关，而且可移动遗传因子与抗性基因显著正相关。总的来说，该研究解析了城市水库水体中抗生素抗性基因在高频时间尺度上的变化模式及影响因素，揭示了低抗生素选择压力水体中细菌群落物种组成与抗性功能的解耦合现象，为水环境中抗生素抗性基因的风险评估、控制和管理提供了基础数据。

　　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 为题发表在微生物领域国际期刊Frontiers in Microbiology, 2019，10: 1448。硕士生方沛菊为第一作者，杨军为通讯作者。该研究得到中科院战略性先导科技专项、国家自然科学基金和厦门市科技计划项目的资助。

水库细菌群落分类组成与抗生素耐药功能基因变化过程