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抗性宏基因-宿主分析

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抗生素的大量使用与滥用使微生物体内编码抗生素抗性的基因在环境中选择性富集，致病菌通过基因突变或者水平基因转移获得抗生素抗性基因后，导致抗生素治疗失效、治疗时间延长、病死率升高和住院费用增加，对人类与动物健康构成了严峻挑战，目前抗生素与抗生素抗性基因已被视为新型环境污染物。

因此，准确识别抗性基因宿主是理解和防控微生物耐药水平的关键！

我们来看一篇发表于《Science Advances》的文章“Global biogeography and projection of soil antibiotic resistance genes”，作者使用了1088个宏基因组样本来描绘土壤抗生素耐药基因组以及可移动遗传元件。

文章基于土壤宏基因组数据注释了土壤ARGs，发现多重耐药抗性基因是主导的土壤ARGs类型，全球农业土壤的ARGs丰度显著高于非农业土壤。准确识别抗性基因宿主是理解土壤微生物耐药水平的关键，作者对携带ARGs以及MGEs的序列进行了kraken2微生物注释，发现ARGs以及 MGEs主要由肠道微生物和病原菌携带（图2和3）。进一步分析表明，人类活动可能通过污泥农用和粪肥施用引入肠道微生物和病原菌增加土壤ARGs丰度；土壤理化性质、温度和降水等地理要素也可通过调节病原菌和肠道微生物的生长繁殖间接驱动土壤微生物耐药性水平。作者鉴定携带抗生素抗性基因和可移动遗传元件的微生物，以解释抗生素抗性基因的微生物驱动因素。

图1 研究中样本来源情况

图2 土壤MGEs和微生物组成。

(A) MGEs的组成和标准化丰度。红色圆圈代表MGE类型，蓝色圆圈表示MGE亚型。圆圈的大小与MGEs的标准化丰度成正比。ISCR，插入序列共同区域。(B) 土壤中700种最丰富物种的系统发育特征，以变形菌门和放线菌门为主。(C) 土壤中携带MGEs或ARGs的700种最丰富物种的系统发育特征。圆圈的大小与物种的标准化丰度成正比。圆圈按其门分类着色。连接圆圈的线表示系统发育关系。

图3 携带MGEs和ARGs的土壤微生物的系统发育特征。

每个方块代表一种携带ARGs或MGEs的物种，方块的颜色表示其携带的基因（携带ARGs为黄色，MGEs为蓝色，同时携带两者为红色）。方块的大小与抗生素耐药微生物的标准化丰度成正比。

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图4 所有样本 ARG 基因宿主门水平注释饼图

图5 所有样本 ARG 基因 Type 水平相关宿主门水平相对丰度柱状图

参考文献

Global biogeography and projection of soil antibiotic resistance genes. Science Advances, 2022.

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