近日，南京農(nóng)業(yè)大學(xué)沈其榮院士團(tuán)隊(duì)在微生物生態(tài)學(xué)國際權(quán)威期刊《The ISME Journal》上發(fā)表了題為“Protist predation promotes antimicrobial resistance spread through antagonistic microbiome interactions” 的研究論文，探討了土壤微生物互作對(duì)抗生素抗性動(dòng)態(tài)過程的影響, 揭示了土壤原生動(dòng)物捕食與抗生素抗性傳播之間的復(fù)雜關(guān)系。
抗生素抗性（Antibiotic Resistance, AR）對(duì)全球公共健康造成了嚴(yán)重威脅。長期以來，抗生素的濫用被認(rèn)為是抗生素耐藥基因（Antibiotic Resistance Genes, ARGs）傳播的主要驅(qū)動(dòng)因素。然而，越來越多的證據(jù)表明，土壤復(fù)雜的微生物互作關(guān)系可能同樣對(duì)ARGs的遷移和擴(kuò)散起著關(guān)鍵作用。
該研究通過多組學(xué)分析與室內(nèi)培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，首先對(duì)田間土壤樣本進(jìn)行了宏基因組測序分析，發(fā)現(xiàn)了土壤原生動(dòng)物與ARGs直接的線性關(guān)系。隨后利用宏基因組數(shù)據(jù)獲得了土壤高質(zhì)量的細(xì)菌基因組，并在基因組中識(shí)別了潛在的抗生素抗性基因（ARGs）和生物合成基因簇（Biosynthetic Gene Clusters, BGCs），通過這一分析對(duì)細(xì)菌基因組功能進(jìn)行了預(yù)測，并發(fā)現(xiàn)了土壤原生動(dòng)物豐度與抗生素生產(chǎn)細(xì)菌之間呈現(xiàn)顯著正相關(guān)。此外，室內(nèi)共培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)也驗(yàn)證了這一機(jī)制，在原生動(dòng)物捕食壓力下，土壤微生物群落中的抗生素生物合成相關(guān)基因以及ARGs的表達(dá)均顯著增加。綜合研究結(jié)果表明，土壤原生動(dòng)物捕食使能產(chǎn)生拮抗性次級(jí)代謝物的細(xì)菌具有競爭優(yōu)勢，從而間接促進(jìn)了抗生素耐藥菌的繁殖。
圖1 土壤細(xì)菌高質(zhì)量基因組獲取和潛在功能預(yù)測
圖2 土壤不同功能細(xì)菌的相對(duì)豐度與ARGs以及原生動(dòng)物之間的關(guān)系
該項(xiàng)研究揭示了土壤生態(tài)系統(tǒng)中原生動(dòng)物捕食行為與抗生素耐藥基因擴(kuò)散之間的潛在關(guān)聯(lián)，不僅豐富了對(duì)土壤生態(tài)系統(tǒng)中微生物相互作用的理解，也為控制抗生素抗性傳播提供了新的理論依據(jù)，管理土壤原生動(dòng)物或許能夠成為控制抗生素抗性傳播的重要手段。未來的研究將進(jìn)一步探索如何通過精準(zhǔn)調(diào)控土壤微生物生態(tài)過程（比如土壤原生動(dòng)物與細(xì)菌互作關(guān)系）來有效管理抗生素抗性擴(kuò)散。
圖3 土壤原生動(dòng)物捕食促進(jìn)抗生素抗性傳播的潛在機(jī)制概念圖
南京農(nóng)業(yè)大學(xué)資環(huán)學(xué)院劉宸博士生為論文的第一作者，熊武教授為論文的通訊作者，沈其榮院士、韋中教授、王世梅教授、Alexandre Jousset教授、荷蘭烏特勒支大學(xué)George A Kowalchuk教授和Mohammadhossein Ravanbakhsh博士參與并指導(dǎo)了該研究工作，課題組碩士生王藝錦和周澤源也參與了該研究。該研究得到了國家自然科學(xué)基金重大項(xiàng)目等科研項(xiàng)目的支持。
文章信息：
Chen Liu, Yijin Wang, Zeyuan Zhou, Shimei Wang, Zhong Wei, Mohammadhossein Ravanbakhsh, Qirong Shen, Wu Xiong, George A Kowalchuk, Alexandre Jousset, 2024. Protist predation promotes antimicrobial resistance spread through antagonistic microbiome interactions. The ISME Journal, wrae169. https://doi.org/10.1093/ismejo/wrae169
Gaofei Jiang, Chen Liu, Wu Xiong, Qirong Shen, Zhong Wei, 2024. Protist predation selects for the soil resistome. The ISME Journal, wrad007. https://doi.org/10.1093/ismejo/wrad007