3月25日，《自然》雜志旗下期刊Nature Food在線(xiàn)發(fā)表了中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物醫(yī)學(xué)院沈建忠院士團(tuán)隊(duì)題為“養(yǎng)殖業(yè)抗菌藥物50年使用史促進(jìn)動(dòng)物源大腸桿菌耐藥基因劇增”（Distinct increase in antimicrobial resistance genes among Escherichia coli during fifty years of antimicrobial use in livestock production in China）的封面文章。

該文章從時(shí)間和空間兩個(gè)維度系統(tǒng)探究近50年全國(guó)范圍內(nèi)食品動(dòng)物源大腸桿菌耐藥性變遷特征，揭示抗菌藥物的使用促進(jìn)大腸桿菌耐藥性傳播的分子基礎(chǔ)及時(shí)空演變規(guī)律，為臨床合理用藥和政府部門(mén)制定抗菌藥物使用策略提供了科學(xué)依據(jù)。

自上世紀(jì)70年代以來(lái)，我國(guó)畜禽養(yǎng)殖規(guī)模逐步擴(kuò)大，抗菌藥物的使用種類(lèi)和用量不斷增加，導(dǎo)致動(dòng)物源細(xì)菌耐藥日益突出，但對(duì)抗菌藥物的長(zhǎng)期大量應(yīng)用如何加速細(xì)菌耐藥性的產(chǎn)生與傳播缺乏系統(tǒng)了解。明確這50年間細(xì)菌耐藥性時(shí)空演變的分子機(jī)制，有助于為我國(guó)制定科學(xué)合理的抗菌藥物使用政策，進(jìn)而保障公共衛(wèi)生安全。針對(duì)這一問(wèn)題，作者從基因組學(xué)角度系統(tǒng)分析了我國(guó)20世紀(jì)70年代至2019年間動(dòng)物源大腸桿菌的全基因組序列，發(fā)現(xiàn)耐藥基因平均攜帶數(shù)量升高了一倍（從8.05個(gè)到16.85個(gè)），多種藥物的耐藥基因流行率升高，包括介導(dǎo)獸醫(yī)（氟苯尼考和諾氟沙星）和人醫(yī)（多黏菌素、頭孢菌素和美羅培南）臨床中關(guān)鍵藥物耐藥的基因（圖1）。

圖1. 抗菌藥物耐藥性年代變遷特征

進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)細(xì)菌中質(zhì)粒的攜帶數(shù)量以及多樣性隨時(shí)間顯著增加，而多種質(zhì)粒在基因組中與耐藥基因存在顯著相關(guān)性，是介導(dǎo)重要耐藥基因傳播頻率增加的主要載體，表明質(zhì)粒多樣性是加速重要耐藥基因傳播頻率增高的重要原因。同時(shí)，在不同年代，與質(zhì)粒存在顯著相關(guān)性的耐藥基因也在發(fā)生變化，揭示了質(zhì)粒也同樣存在適應(yīng)性進(jìn)化過(guò)程（圖2）。

圖2.不同年代組大腸桿菌耐藥基因與質(zhì)粒的關(guān)聯(lián)性

另外，研究發(fā)現(xiàn)在相應(yīng)抗菌藥物用量減少，細(xì)菌特定耐藥基因并未隨之降低，反而出現(xiàn)藥物共篩選導(dǎo)致交叉耐藥增強(qiáng)的現(xiàn)象，即一類(lèi)抗菌藥物（如氨基糖苷類(lèi)）使用導(dǎo)致細(xì)菌對(duì)其他類(lèi)藥物（氟喹諾酮類(lèi)）的耐藥性增加；進(jìn)一步揭示耐藥基因共存是導(dǎo)致抗菌藥物用量減少而相關(guān)耐藥基因并未隨之降低的重要原因（圖3）。上述研究闡明了耐藥菌/耐藥基因持留演變復(fù)雜性與多樣性的生物學(xué)基礎(chǔ)。

圖3. 不同抗菌藥物產(chǎn)量及其對(duì)應(yīng)的耐藥表型、耐藥基因流行率變化

中國(guó)農(nóng)大博士畢業(yè)生楊璐（現(xiàn)為北京市疾病預(yù)防控制中心與中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)聯(lián)合培養(yǎng)博士后）為該論文的第一作者，沈建忠院士團(tuán)隊(duì)的沈張奇教授、汪洋教授為該論文共同通訊作者。本研究受廣東嶺南現(xiàn)代農(nóng)業(yè)實(shí)驗(yàn)室項(xiàng)目（NT2021006）和國(guó)家自然科學(xué)基金（81991535）等資助。