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抗生素耐药基因的全球健康风险评估
原创 发布时间:2024-02-02 浏览次数: 227 来源: 戚金芝

核心提示:不同的基因可能会对抗生素产生耐药性,因此需要确定生物信息学上ARG的基因是否对人类健康构成健康风险,并从多个角度进行研究。


  抗生素耐药性在全球范围内对人类健康和疾病的临床治疗构成日益严重的威胁。在过去的十年中,抗生素耐药基因(Antibiotic resistance genes,ARGs)已在所有环境中被检测到,包括自然环境、工程环境和临床环境。人类活动被广泛认为是ARGs传播的主要驱动因素。

  不同的基因可能会对抗生素产生耐药性,因此需要确定生物信息学上ARG的基因是否对人类健康构成健康风险,并从多个角度进行研究。首先考虑的是ARG从环境传播到人类细菌的可能性,ARG可通过其细菌宿主从环境转移到人类,然后对人类健康产生负面影响。第二个考虑因素是ARG从环境细菌传播到病原体的可能性,从这一角度来看,只有可感染人类的致病宿主中的ARG才会增加人类健康风险。第三个视角是目前抗生素的临床应用,近年来,抗生素的使用在全球范围内有所增加,并且已经开发出一些用于临床的新型抗生素,相比之下,有些抗生素现在很少使用。因此,在评估ARG风险时考虑临床相关性是必要的。


  发表在Nature Communications上的这篇文章,使用4572个宏基因组数据集来揭示2561个ARG及其宿主在全球栖息地的分布和传播,这些样本来自6种栖息地:空气、水生、陆地、工程、人类和其他宿主(图1a)。在全球范围内研究了不同亚生环境中耐药基因的丰度和组成,与人类相关的栖息地(包括消化系统和皮肤)的ARG丰度最高(图1b)。四环素类和氨基糖苷类抗生素是临床上广泛使用的两种抗生素,导致四环素类和氨基糖苷类耐药的基因分别在消化系统和皮肤中占主导地位,而导致多重耐药的ARG在人造环境中占很高比例(图1c)。虽然纬度等地理因素被报道会影响ARG的丰度,但人类活动对ARG的传播也至关重要。为了进一步确定人类活动对arg传播和丰度的影响,该研究计算了每个样点的人口密度。研究显示,高强度活动的区域具有显著较高的ARG和赋予特定类别抗性的基因总丰度(图1d)。在活动强度高的环境中,共检测到671个ARG(图1e)。在高强度和低强度环境中共享的ARG中,715个ARG在高强度环境中的丰度显著更高(图1f)。

  此外,为定量评估这2,561个ARG对人类的健康风险,从人类可及性、流动性、致病性和临床可用性四个指标考虑(图2a)。除临床可用性外,所有这些ARG仅覆盖了约一半(图2b)。首先研究了人类和其他三个主要栖息地共享的耐药基因,以调查耐药基因对人类微生物群的可及性,结果显示,建筑环境(1460个)与人类栖息地共享的ARG最多,陆地环境(1193个)和水生环境(1223个)的ARG较少(图1g)。此外,根据风险指数(risk index,RI)的排名将RI>0的ARG分为四类:Q1(前25%)、Q2(50-75%)、Q3(25-50%)和Q4(后25%),研究结果表明,23.78%的耐药基因构成健康风险,尤其是那些导致多药耐药的基因(图2c-d)。大多数导致多药耐药或对常用抗生素(如四环素)耐药的耐药基因属于Q1,而导致对很少使用的抗生素(如糖肽类)耐药的耐药基因属于Q4(图2e),每个基因组中属于Q1的ARG数量显著高于其他级别(图2f),证实这些ARG对人类健康具有高度危险性,并使疾病的临床治疗复杂化。该研究还计算了四个主要栖息地中所有样本的抗生素耐药风险,并通过机器学习,以超过75%的准确性成功绘制了全球海洋栖息地的抗生素耐药威胁(图4)。


  图1


  图2


  图3

  综上所述,该研究对耐药基因进行了系统和有针对性的监测,提供了一种新的方法来量化和标准化世界各地的抗生素耐药威胁以评估世界各地的抗生素耐药威胁,并提供了一些早期预警,这将改善诊所和公共卫生管理的决策。未来应优先考虑在全球合作下建立全面的抗生素耐药风险监测系统。

  链接:

  https://doi.org/10.1038/s41467-022-29283-8

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