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水环境细菌抗生素抗性基因如何检测?中国学者比较了两种方法

2019/12/30 13:12
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【摘要】:
抗生素的广泛使用导致了环境中抗生素耐药性细菌的流行。抗生素抗性基因(antibiotic resistance genes, ARGs)则是一种新兴环境污染物,可通过水平基因转移等方式进入病原菌并赋予宿主对抗生素的耐药性,从而严重威胁人类的健康。

环境中抗生素抗性基因多样复杂,导致对其全面、系统的定量和定性检测分析难度极大。近日,中国科学院城市环境研究所杨军团队在环境生态领域国际期刊Science of the Total Environment发文“The impacts of different high-throughput profiling approaches on the understanding of bacterial antibiotic resistance genes in a freshwater reservoir”,比较研究了两种最常用的检测方法。中科院城市环境所研究实习员刘轩、助理研究员肖鹏为论文的共同第一作者,研究员杨军为通讯作者。

论文中提到,目前高通量定量PCR和宏基因组学方法是两种最常用也是应用潜力最大的环境抗生素抗性基因定性、定量检测手段。但是,在研究水环境抗生素抗性基因时采用不同检测方法分析同一份环境样本很可能会得出不同的结果。

目前,针对抗生素抗性基因检测方法的比较研究尚十分缺乏,这在一定程度上阻碍了人们对水环境抗生素抗性基因的客观认知,并极大地限制了检测方法在水环境抗生素耐药性风险监测评估方面的推广应用。

杨军团队以水库细菌为对象,同时采用高通量qPCR技术和宏基因组学技术进行比较研究,分析抗生素抗性基因时空变化特征、抗生素抗性基因与细菌类群和环境因子的关系,并对基于不同抗生素抗性基因检测方法得到的结果进行比较。

研究结果发现,相较于高通量qPCR方法,宏基因组学方法可检出环境中更多的抗生素抗性基因亚类和更高的杆菌肽类抗生素抗性基因丰度。基于两种不同的检测方法,发现了相同的抗生素抗性基因时空动态格局、相似的抗生素抗性基因与细菌和环境因子的关系,表明使用不同的检测方法(高通量qPCR和宏基因组学方法)对理解淡水环境细菌抗生素抗性基因动态规律方面上的影响较小甚至可忽略不计。

相较之下,高通量qPCR方法具有快速省时、可绝对定量抗生素抗性基因丰度、对操作人员的生物信息学技能要求较低等优点;但其与宏基因组方法相比,存在PCR扩增偏好性和引物偏好性高、引物依赖性高等缺点。

基于上述研究结果,研究团队建议,在进行日常水环境监测时可选择高通量qPCR方法,以快速获取特定高危害抗生素抗性基因的定量分析数据,而在对水环境抗生素抗性基因进行综合性调查时,可选择宏基因组学方法以获取更全面的抗生素抗性基因组成信息。

研究团队认为,该研究结果可为研究者在环境抗生素抗性基因检测分析方法的选择上提供有价值的参考,使其能更科学、更高效地监测和评估水环境抗生素耐药性风险。