噬菌体：医院废水系统中抗生素抗性基因传播的载体或武器?

　　医院污水系统(HWS)被认为是抗生素耐药菌(ARB)和抗生素抗性基因(ARGs)的研究热点。目前的研究主要都集中在HWS中与细菌相关的ARGs，如细菌携带的接合质粒。然而，噬菌体可以通过转导介导ARGs水平转移，并影响细菌群落的功能和结构，而关于HWS中噬菌体对ARGs的作用仍不清楚。因此，本研究利用公开的数据集确定了12个医院废水系统中的病毒序列，深入研究噬菌体相关ARGs和HWS中噬菌体与其抗生素耐药宿主之间的相互作用。

　　在来自于12个HWS的62个宏基因组样品中，共有64.428个contigs被鉴定为病毒序列，共有29.306个(占47.4%)vOTUs被聚类成10.000个病毒聚类(VCs)。其中仅有534个来自医院废水的vOTUs与NCBI RefSeq中已知噬菌体的分类学相匹配，HWS中分布着很多尚未被注释到的噬菌体，可能会影响HWS中细菌的行为。

　　图1.不同HWS共享的病毒重叠群

　　73个VCs在超过50%以上的医院废水样本中被发现，其中最为常见的三个VCs为preVC_169、preVC_1244和preVC_791.PreVC_1244与NCBI数据库中的Bordetella噬菌体BIP-1最为相似，并发现其宿主为百日咳假单胞菌(Bordetella parapertussis)，这是已知会引起临床感染的病原体。对于不同的HWSs而言，位于同一城市的医院废水中相似病毒的检出率更高。研究结果表明，噬菌体可能与它们的细菌宿主共享多药外排泵，这可能为外排泵抗性基因提供了-种转移途径。然而，尽管B -内酰胺类和氨基糖苷类耐药基因是HWS中的主要ARGs，但它们与vOTUs的关联并不频繁。另一方面，作者也未能在HWS中鉴定出万古霉素耐药基因的同源物。结果表明噬菌体并不是医院污水中主要ARGs类型的主要载体，这与先前的研究结果致。

　　图2.携带ARG的噬菌体系统发育树及携带外排泵抗性基因的噬菌体序列与NCBI序列的基因结构线性比对

　　在所有样品中，仅有85个vOTUs携带了共45种ARGs，有11个vOTUs能够被注释为已知物种。噬菌体序列携带的外排泵系统emrAB与Enterobacter cloacae及Escherichia coli中发现的emrAB系统具有很高的相似性，TolC的结构与在E. coli中发现的TolC高度相似。β-内酰胺和氨基糖苷类ARGs是HWS中主要的耐药基因，但它们与vOTUs的关联并不频繁。噬菌体不是医院废水中主要类型ARGs的主要载体。

　　图3.基于tRNA匹配和CRISPR spacer预测的HWS进、出水中噬菌体-ARB关系

　　综上所述，本研究揭示了HWS是噬菌体的重要来源，且vOTUs很少携带ARGs，且都是溶菌性病毒。未来的研究可通过实验验证HWS噬菌体是否适合用于废水中的病原体控制措施。

　　论文链接：https://doi.org/10.1016/j.watres.2023.120833