HT-qPCR与宏基因组学方法监测废水中抗微生物药物耐药性比较分析

摘要：该研究比较了高通量定量PCR(HT-qPCR)和宏基因组测序两种高通量筛选方法在监测废水中的抗微生物药物耐药性(AMR)方面的效果。

背景：抗微生物药物耐药性(AMR)是一个跨越人类、动物和环境领域的复杂问题。废水作为抗微生物药物耐药性基因(ARGs)的重要储存库，通过监测废水可以提供有关人群中AMR趋势的有价值的信息，从而为公共卫生政策的制定提供依据。传统的公共卫生监测方法面临着实际和法律上的挑战，而废水监测则可以相对无偏地估计人群中ARGs的流行情况。

研究方法：研究团队对威尔士47个废水处理厂的进水进行了每周采样，并对一个大型市政医院的每日废水排放进行了为期四周的采样。研究比较了两种方法在基因覆盖范围、监测高风险ARGs的能力以及检测环境变量和微生物群落相关变化方面的表现。

图1. 用于样本采集的47个城市污水处理厂和医院

主要结果：

HT-qPCR表现出更高的灵敏度，可检测所有靶标ARG，包括低丰度的靶标ARG。其中包括移动金属-β-内酰胺酶，bla和多重耐药基因 mdtL，两者都被认为对人类健康构成高风险。

鉴于HT-qPCR仅限于预定的73个基因集，宏基因组学更好地捕捉了废水抗性组内的多样性。鉴于HT-qPCR仅限于预定的73个基因集，宏基因组学更好地捕捉了废水抗性组内的多样性。宏基因组学不受预定义目标的限制，更适合评估整体ARG负荷情况。

研究发现，两种方法在反映废水中耐药基因的时空动态方面表现一致，能够区分医院和废水处理厂的耐药基因构成。此外，研究还发现了耐药基因组成变化与环境变量(如废水中的氨浓度)之间的相关性，但两种方法在某些潜在影响因素的解释上存在差异。

图2.(A) 箱形图显示了所有医院和 WWTP 样品中由 HT-qPCR 和宏基因组学确定的 ARG 丰富度分布。(B) 维恩图显示了 HT-qPCR 和宏基因组学确定的医院与污水处理厂废水中检测到的独特 ARG 的数量。(C) 维恩图显示了 HT-qPCR 与宏基因组学在所有废水样品中检测到的独特 ARG 的总数。

主要结论：

宏基因组学提供了更全面的耐药基因谱，而HT-qPCR则能够对临床重要基因进行灵敏的定量。研究强调，根据监测目标选择合适的方法对于制定有效的废水抗微生物药物耐药性监测方案至关重要。未来的监测计划应考虑两种方法的优缺点，以便更全面地了解AMR的传播和演变，为公共卫生政策的制定提供更可靠的数据支持。

论文链接： https://doi.org/10.1016/j.watres.2024.121989