朱 陣，李 冰，周緒正，魏小娟，程富勝，張繼瑜

（中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院蘭州畜牧與獸藥研究所，農(nóng)業(yè)部獸用藥物創(chuàng)制重點實驗室，蘭州730050）

環(huán)境中細(xì)菌抗藥性的研究進(jìn)展

朱 陣，李 冰，周緒正，魏小娟，程富勝，張繼瑜＊

（中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院蘭州畜牧與獸藥研究所，農(nóng)業(yè)部獸用藥物創(chuàng)制重點實驗室，蘭州730050）

摘 要：抗生素抗性基因已經(jīng)成為公認(rèn)的環(huán)境污染物，威脅著生態(tài)安全和人類健康?？股卦谂R床和養(yǎng)殖業(yè)中的大量應(yīng)用，使生態(tài)環(huán)境中各微生物處于殘留抗生素及抗藥性遺傳元件的影響中，導(dǎo)致抗生素抗性菌獲得了競爭優(yōu)勢，破壞了微生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。作者從宏觀環(huán)境角度闡述了抗藥性基因傳播的微分子概念，通過從抗藥性發(fā)展機(jī)制、抗藥性引起的環(huán)境污染、抗藥性對環(huán)境微生物影響3個方面進(jìn)行分析，闡明環(huán)境在細(xì)菌抗藥性的發(fā)展進(jìn)程中起到的關(guān)鍵作用，同時分析環(huán)境抗藥性，包括菌群生態(tài)多樣性、抗藥性細(xì)菌種類及傳播、抗生素殘留及抗藥性基因傳遞富集的危害等。

關(guān)鍵詞：抗生素；抗性基因；環(huán)境微生物

越來越多的證據(jù)表明，隨著人類活動的增多，抗生素和抗生素抗性基因逐漸進(jìn)入到土壤和生態(tài)環(huán)境中，由此將對細(xì)菌抗藥性的發(fā)展帶來持續(xù)和潛在的影響?？股氐目顾幮袁F(xiàn)象伴隨著整個抗生素的發(fā)現(xiàn)和使用歷程，但直到大量多重抗藥性致病菌的流行導(dǎo)致了嚴(yán)重的公共健康危害，抗藥性問題才被人們所關(guān)注。

研究表明，抗生素抗性菌多在抗生素頻繁使用或聚集的環(huán)境中增加，如臨床治療［1］、動物養(yǎng)殖［2］、抗生素生產(chǎn)［3］等?？股氐膹V泛使用使得醫(yī)院不再是抗藥菌的唯一傳播源，世界范圍內(nèi)一半以上的抗生素用于動物養(yǎng)殖，其中大部分用于促進(jìn)動物生長［4］。促進(jìn)動物生長的抗生素有利于動物腸道中相應(yīng)的抗藥菌的篩選，抗藥性首先會在共生菌中傳播，隨后轉(zhuǎn)移到致病菌中［5］。給動物飼喂抗生素用于疾病治療和促進(jìn)動物生長，而部分抗生素又通過糞便排出體外，這對動物腸道下游環(huán)境中正常菌群的抗藥性產(chǎn)生潛在的影響［6］，在同一環(huán)境中存在的抗生素和抗性基因均能選擇抗藥性細(xì)菌，進(jìn)而廣泛傳播。

抗藥性不僅影響人和動物的疾病治療，同時也影響人和動物共享的生態(tài)環(huán)境。環(huán)境微生物中的固有或天然的抗藥性可以為其生存提供一系列的優(yōu)勢，不僅可以抵抗環(huán)境污染物的選擇性壓力［7］，還可以同其他環(huán)境微生物競爭生存空間。目前，對于誘導(dǎo)環(huán)境中的細(xì)菌產(chǎn)生抗藥性的因素仍然未知，耐藥基因的廣泛傳播與抗生素濃度并無生態(tài)學(xué)相關(guān)性，抗藥性基因已在環(huán)境中形成獨立的抗藥性基因庫，并通過基因轉(zhuǎn)移而在自然環(huán)境中出現(xiàn)和傳播［8］。

1 抗生素抗藥性的起源與發(fā)展

抗生素抗藥性的最初起源目前尚未有明確的定論，長期以來在抗生素使用的地方總是伴隨著抗藥性決定簇的出現(xiàn)。然而抗藥性的廣泛存在，不一定與抗生素的使用有關(guān)。在沒有使用抗生素的土壤環(huán)境中仍然可以檢測到抗生素抗性菌和多抗生素抗性菌的出現(xiàn)。最初的抗藥性基因可能來源于自然環(huán)境中的抗生素產(chǎn)生菌，并具有不同的生物學(xué)功能，如代謝、信號傳導(dǎo)、解毒等［9－10］。

1.1抗生素的使用與抗藥性的出現(xiàn)

大部分目前使用的抗生素均由環(huán)境微生物產(chǎn)生或者是其派生物［11］。磺胺類的發(fā)現(xiàn)并成功應(yīng)用于微生物感染治療為抗生素的研發(fā)與使用奠定了堅實的基礎(chǔ)，然而鏈球菌等一批革蘭氏陽性菌中抗藥性的出現(xiàn)限制了磺胺類抗生素的療效。青霉素的發(fā)現(xiàn)開啟了抗生素時代的大門，但青霉素在人類病原菌感染的治療中過分濫用，導(dǎo)致大量抗青霉素的致病菌產(chǎn)生，越來越弱的治療效果致使青霉素失去了原有的光輝。隨后更多的抗生素因抗藥菌的不斷出現(xiàn)而使其喪失了原本的治療效果。

為了改善抗藥性現(xiàn)狀，半合成抗生素開始被大量的合成與應(yīng)用。甲氧西林的出現(xiàn)改變了對青霉素抗藥性葡萄球菌的治療效果。雖然甲氧西林的成功應(yīng)用是抗生素史上的巨大飛躍，但當(dāng)病原菌再次遭遇新的選擇性壓力時，抗甲氧西林的金黃色葡萄球菌也快速出現(xiàn)，并且直到目前該抗藥性仍然是臨床治療金黃色葡萄球菌感染的重要威脅。最后，人們想利用合成抗生素如氟喹諾酮類來解決嚴(yán)重抗藥性問題，但奎諾酮類抗藥決定區(qū)域（gyrA、gyrB、parC、parE）的自發(fā)突變及質(zhì)粒介導(dǎo)的靶位保護(hù)蛋白qnr的出現(xiàn)導(dǎo)致環(huán)丙沙星等奎諾酮類藥物的高水平抗藥性產(chǎn)生，人們再次陷入了無抗生素使用和高抗藥菌流行的困境。

在獸醫(yī)臨床上，大量的抗生素甚至以原料藥的形式被用于動物的治療和促進(jìn)生長，這在抗生素抗藥性的發(fā)展過程中承擔(dān)著至關(guān)重要的角色。這種做法的利弊仍有爭議，但無可厚非的是大量的抗生素會在動物腸道和環(huán)境中形成一個巨大的微生物選擇性壓力，抗藥性基因幾乎遍布于所有的環(huán)境中，使得生態(tài)環(huán)境成為抗藥性菌株和抗藥基因的重要儲存庫，最終導(dǎo)致相同或同類抗生素對人類致病菌感染治療的失敗，加劇了全球健康危機(jī)的惡化［12］。

1.2環(huán)境微生物中的抗藥性及危害

1.2.1環(huán)境中存在的抗藥性 過去關(guān)于細(xì)菌抗藥性的研究主要集中在人和動物的致病菌上，但新型抗生素投入使用后會迅速在病原菌中形成抗藥性，這使人們不得不重新考慮抗藥性的起源與傳播。抗藥性很可能在抗生素使用之前就已經(jīng)存在，Benveniste等［11］提出土壤中抗生素產(chǎn)生菌是抗生素抗性基因的主要來源，抗生素生產(chǎn)者必須具有抵抗自身產(chǎn)生的抗生素毒性的能力，這種自我保護(hù)的遺傳因素事實上就是抗性基因，這些抗性基因可能是臨床病原菌攜帶的抗性基因的最初來源［13］。然而對抗生素產(chǎn)生菌中分離的抗性基因與在人和動物中分離的抗性基因序列比對發(fā)現(xiàn)其親緣關(guān)系較遠(yuǎn)，可能是由于抗生素產(chǎn)生菌與病原菌抗性基因在進(jìn)入抗生素時代之前就產(chǎn)生了進(jìn)化分歧［14－15］。

土壤中抗生素產(chǎn)生菌可能對環(huán)境病原菌抗藥性基因庫中抗藥性基因選擇方面起著直接的作用。土壤中各微生物群落要與抗生素產(chǎn)生菌共生就必須與其相互作用，并通過自身基因突變或獲取并繼承抗藥性基因元件而獲得抗藥性。研究發(fā)現(xiàn)在人類活動區(qū)域以及原始地區(qū)均發(fā)現(xiàn)大量的不同種類的抗藥性基因庫［8，16－17］?？股禺a(chǎn)生菌和致病菌可在此發(fā)生基因交換，進(jìn)而帶來新的生態(tài)和臨床問題。

1.2.2環(huán)境中抗性基因的儲備與鑒定 抗生素抗性是微生物本身所具有的一種生存能力，這種能力由其自身特性及抗性基因的種類所決定。目前，僅有一少部分抗性基因在病原菌中傳播。由于大量的抗性菌和抗生素持續(xù)不斷地進(jìn)入生態(tài)環(huán)境中，新型抗生素必然引起新的選擇性壓力，因此新的抗性菌出現(xiàn)是一個不斷發(fā)展的過程。環(huán)境中抗菌藥物、起始濃度、接觸時間的不同選擇出了多種抗性元件。在抗生素存在的環(huán)境中，抗性菌在與敏感菌相互競爭中具有優(yōu)勢，占據(jù)了所處的生存空間且不斷擴(kuò)散。

抗性基因在環(huán)境中的儲備庫是指所有抗性基因的集合，又稱為抗性基因組。許多關(guān)于抗性菌的研究一直以來都集中在細(xì)菌菌株的可培養(yǎng)問題，而不可培養(yǎng)的菌株包含了微生物群落中的大多數(shù)成員，土壤中僅有不到1%的細(xì)菌可以在實驗室條件下直接培養(yǎng)［18］。這些不僅包括環(huán)境中的微生物，也包括共生菌和致病菌。因此，環(huán)境中抗藥性基因儲備庫對公共健康和生態(tài)安全的危害遠(yuǎn)遠(yuǎn)超越了人類目前所掌握和理解的范疇。

非培養(yǎng)的技術(shù)不僅可以用來研究微生物群落中種群發(fā)育的差異，還可以用來分析功能基因的聚類和分子差異性，如抗生素抗性基因庫的成分及含量分析。非培養(yǎng)方法對抗藥性基因元件的研究手段包括：聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)（PCR）、定量PCR、分子雜交技術(shù)、基因文庫構(gòu)建、變形梯度凝膠電泳、焦磷酸測序、宏基因組學(xué)等。其中，宏基因組學(xué)是目前研究的熱點，它可以用于整個微生物群落中的全部基因組信息的研究。近期報道了利用宏基因組學(xué)研究人和動物腸道［19］、土壤［20］、淤泥［21］、水環(huán)境［22］中的微生物群落和抗藥基因庫。這些研究鑒定了β－內(nèi)酰胺類、四環(huán)素類、酰胺醇類、氨基糖苷類等多種抗生素的抗性決定基因以及多抗藥性基因。大部分β－內(nèi)酰胺類抗性基因尚屬首次鑒定，且在進(jìn)化上與已知的抗性基因相聚較遠(yuǎn)。

這些研究表明環(huán)境中微生物群落是抗性基因的巨大靈活基因庫。非培養(yǎng)的方法擴(kuò)大了抗性基因的研究范圍，在不可培養(yǎng)的環(huán)境菌群中檢測到的新型抗性基因不僅豐富了抗性基因庫，也帶來了新的挑戰(zhàn)。

2 抗藥性引起的環(huán)境污染及危害

2.1抗生素使用造成抗藥性的傳播

抗生素作為人類研發(fā)的最為成功的藥物之一，已經(jīng)不再局限使用于人類疾病的治療，也同樣大量使用于畜牧養(yǎng)殖業(yè)和水產(chǎn)業(yè)的疾病防制，以及動物促生長。其中大部分以原型藥或其代謝產(chǎn)物的形式排放到環(huán)境中，可提高抗藥性細(xì)菌在環(huán)境中的競爭優(yōu)勢，破壞環(huán)境中所有微生物的總體構(gòu)成［23－24］。這些抗生素往往伴隨著人和動物相關(guān)的細(xì)菌中抗藥性基因的傳播。

抗生素的使用已經(jīng)造成了大量特異性抗藥性基因在共生菌和致病菌中的傳播。對當(dāng)今和前抗生素時代的細(xì)菌質(zhì)粒對比分析發(fā)現(xiàn)，最大的差別在于前抗生素時代分離的質(zhì)粒并不包含抗藥性基因。一部分當(dāng)今流行的抗藥性基因原始存在于環(huán)境微生物的染色體上，隨著相應(yīng)的抗生素的使用，而整合到可移動元件中傳播流行。人類活動對環(huán)境微生物造成的影響主要包括3個方面：自然環(huán)境中抗藥性微生物的選擇；通過基因轉(zhuǎn)移元件而引起的抗生素抗藥性決定因子的傳播；自然生態(tài)系統(tǒng)中抗藥性基因的維持?？股丶翱顾幮曰虿粩噌尫诺阶匀簧鷳B(tài)系統(tǒng)中，將有利于環(huán)境中抗藥性菌的生存和傳播［25］。抗生素抗性基因引起的環(huán)境污染已成為人類健康的潛在威脅，它們能夠整合到基因轉(zhuǎn)移單位中釋放，從而在環(huán)境菌群中成功傳播，成為抗藥性元件的巨大儲備庫［26］。

人類活動的區(qū)域中，污染的抗藥性基因無處不在，而且這些基因的數(shù)量比在原始環(huán)境中發(fā)現(xiàn)的要高的多。污染可以增強(qiáng)抗藥性，但抗藥性基因自我復(fù)制的特性使其也可在無抗生素污染存在的環(huán)境中維持并傳播。一旦抗藥性基因釋放到自然生態(tài)系統(tǒng)中，許多載體都有助于其傳播，甚至可以在無需與原始的污染來源地發(fā)生聯(lián)系的不同大陸之間廣泛傳播。

抗生素及攜帶抗生素抗藥性基因的可移動元件對細(xì)菌群體遺傳特性的作用尚不明了，但這種作用是不可逆的，并且對環(huán)境微生物的進(jìn)化方向及人類健康的影響無法評估。

2.2動物養(yǎng)殖造成的環(huán)境污染

在動物養(yǎng)殖過程中，抗生素殘留和抗藥性嚴(yán)重影響著生態(tài)安全和人類健康，這些影響在食用動物上尤為突出。過度使用非處方藥和非正規(guī)渠道藥增加了抗生素的使用量，加大了抗藥菌選擇和傳播壓力。封閉式養(yǎng)殖模式是目前最為有效的養(yǎng)殖模式，但由于圈養(yǎng)密度過高，傳染性疾病高發(fā)，因此抗生素使用劑量較大。藥物在群體水平上的使用使得多數(shù)未感染畜類暴露在抗生素下，導(dǎo)致各種生態(tài)環(huán)境下細(xì)菌的抗藥性選擇性壓力增大，這些生態(tài)環(huán)境包括動物的胃腸道、皮膚表面、棲息的環(huán)境及附近區(qū)域［27－28］。

無論何種菌群的抗藥性選擇都會對環(huán)境產(chǎn)生重要影響，因為在適當(dāng)?shù)臈l件下這些細(xì)菌具有難以置信的傳播能力，在條件允許的情況下它們會在局部或一定范圍內(nèi)的生態(tài)環(huán)境中傳遞抗藥性基因，最終在世界范圍內(nèi)傳播。有些動物暴露在低劑量藥物作用下會增加選擇性壓力，因此有必要關(guān)注抗生素作為促生長劑低劑量長時間作用于動物養(yǎng)殖群體。一些動物因素包括動物年齡和產(chǎn)品輸出類型也對人類健康有嚴(yán)重影響。接近屠宰年齡的動物比幼年的動物更易讓人接觸到殘留抗生素和抗藥性細(xì)菌［29］。相比之下，幼年動物抗生素接觸頻率和選擇性壓力較小。就細(xì)菌的因素來說，尤其是人類的病原菌形成抗藥性，它們在動物群體中繁殖并相互傳遞，具有增加抗藥性基因庫的能力，或在宿主外大量繁殖并污染食物、水從而造成環(huán)境污染。

在腸道人畜共患病中，非傷寒沙門氏菌和彎曲桿菌是人體常見的腸道疾病的變形病原菌［30］。其中一些菌株也是動物病原菌，雖然這些病原菌廣泛存在于生命體和非生命體，但其在畜類中大量繁殖和傳播，因此，在一些發(fā)達(dá)國家動物源食品往往被看作是感染人體疾病的源頭。如雞來源的一種腸炎血清型的腸道沙門氏菌，家禽來源的海德堡沙門氏菌和空腸彎曲桿菌，以及牛來源的鼠傷寒沙門氏菌。在某些方面已經(jīng)顯示出有力的證據(jù)表明抗生素在動物中的使用導(dǎo)致沙門氏菌和彎曲桿菌抗藥性的篩選和傳播。

一些抗生素用于治療動物臨床上的細(xì)菌感染是很有必要的。在某些情況下的過度使用（甚至濫用），尤其是藥物不加選擇、長時間地使用于動物群體，或用來對生長較弱的動物作為補(bǔ)充飼養(yǎng)的方法，再有就是忽視對人體健康和環(huán)境潛在的影響。沙門氏菌、彎曲桿菌、大腸桿菌和其他許多細(xì)菌都被篩選出對這些抗生素的抗藥性，這樣的抗藥性增加了人類患病的頻率、持續(xù)時間和嚴(yán)重性。

2.3動物糞肥使用造成的環(huán)境污染

食用動物的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)趨勢是，減少生產(chǎn)次數(shù)，擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模，但同時帶來的是大量的動物糞便需要處理。在世界許多地區(qū)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，都是通過使用糞肥來保持土壤肥沃。雖然動物糞便堆肥可以作為改善土壤的排水、結(jié)構(gòu)和營養(yǎng)成分的寶貴資源，但動物排泄物暴露于環(huán)境中將會導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)介導(dǎo)的抗生素殘留，抗藥性病原菌和抗藥性基因的傳播，同時增大抗藥性基因庫的豐度。環(huán)境敏感菌群暴露于這些污染物中，會促進(jìn)抗藥性在非目標(biāo)菌群中的蔓延。自抗生素使用以來，抗藥性基因在生態(tài)系統(tǒng)和多種菌群中的流行性增加［31－32］?？股乜顾幘涂顾幮曰蛟谌撕蛣游镏g相互傳播已經(jīng)引起了公共健康問題，因此，動物糞肥使用造成的抗藥性的傳播污染需要深入調(diào)查研究。

糞肥中大量的抗性菌成為抗生素抗性菌和其常在的抗性基因的儲備庫。目前養(yǎng)殖場處理糞肥的方法是在凹坑中集中保存，然后施用在附近的農(nóng)田，這些糞肥不僅給土壤帶來了大量的細(xì)菌、殘留抗生素和化學(xué)物質(zhì)，而且土壤的化學(xué)、物理、生物性質(zhì)的變化必將影響土壤微生物群落及功能［33］，同樣也會對抗生素抗藥性相關(guān)微生物和分子生態(tài)學(xué)產(chǎn)生各種影響。在畜禽養(yǎng)殖業(yè)中四環(huán)素類被廣泛用于促生長和日常飼養(yǎng)，造成四環(huán)素類抗藥性基因的普遍存在。因此四環(huán)素類抗藥性基因已成為評估抗生素環(huán)境污染的重要標(biāo)示物。研究發(fā)現(xiàn)很多菌株中攜帶多重四環(huán)素類抗性基因，且系統(tǒng)發(fā)育上截然不同的菌株同時攜帶相同的四環(huán)素類抗藥性基因，表明這些抗性基因可能是由基因水平轉(zhuǎn)移獲得，這些特性在糞肥使用的土壤中尤為突出。

糞肥中的四環(huán)素類抗生素導(dǎo)致土壤中攜帶低濃度的四環(huán)素可以促進(jìn)四環(huán)素類抗性基因的傳播。抗生素抗性基因能夠以結(jié)合轉(zhuǎn)移的方式在使用糞肥的土壤和原始土壤中傳播［34］。與未使用糞肥的土壤相比，質(zhì)粒轉(zhuǎn)移速度在使用糞肥的土壤中提高了將近10倍，且tetR和ermR基因的多樣性更為豐富，抗藥性基因庫的豐度也相應(yīng)增大。此外，糞肥土壤中的金屬離子濃度升高，較高的陽離子交換容量和有機(jī)物吸附等多種條件均有利于抗生素抗性基因的獲?。?5］。

由于大多數(shù)抗生素均是由抗生素產(chǎn)生菌產(chǎn)生的天然物質(zhì)，因此抗性基因的原始儲備庫為自然生態(tài)系統(tǒng)，環(huán)境中的抗藥性基因參與了很多與自身抗藥性無關(guān)的功能［36］。而在不同的生態(tài)系統(tǒng)中持續(xù)不斷的基因交換，且在高強(qiáng)度藥物選擇性壓力作用下，微生物系統(tǒng)得以不斷地獲取和擴(kuò)增各種抗藥性基因亞單位，自然條件下攜帶抗藥性基因細(xì)菌的多樣性可能超出想象。土壤或糞肥中抗藥性基因的豐度會受土著細(xì)菌群落的影響，并且也受動物腸道菌群組成的影響。作為人類活動和自然產(chǎn)生的結(jié)果，土壤微生物群落會經(jīng)常接觸到抗生素。施用糞肥的土壤中多種抗生素抗性基因均可被檢測出，且基因豐度會隨糞肥使用年限而提升［20］。

3 抗生素對環(huán)境微生物的影響

3.1抗生素對環(huán)境微生物多樣性的影響

人類濫用抗生素造成環(huán)境污染，增加了細(xì)菌抗藥性。研究表明，由環(huán)境污染造成的細(xì)菌抗藥性已經(jīng)接近甚至已經(jīng)超過醫(yī)院治療造成的細(xì)菌抗藥性［37］?？股匾鸬沫h(huán)境污染會明顯降低生態(tài)的服務(wù)功能以及減少生物多樣性。

由于多種細(xì)菌具有固有抗藥性以及許多抗生素設(shè)計的具體作用目標(biāo)是細(xì)菌中的某些特定菌群，可以預(yù)期在抗生素的選擇性壓力下，一個相對獨立的環(huán)境中菌群組成會發(fā)生改變。Dethlefsen等［38］定性了在環(huán)丙沙星壓力下人類腸道微生物群落的結(jié)構(gòu)變化，且發(fā)現(xiàn)在環(huán)丙沙星反復(fù)作用后，腸道菌群豐度及多樣性出現(xiàn)了穩(wěn)定。Jakobsson等［39］對長期使用甲硝唑和克拉霉素根除幽門螺桿菌的患者研究也得到了相似的結(jié)果。因此，在不同的生態(tài)系統(tǒng)中，抗生素確實可以使菌群發(fā)生變化，但整體上的生物多樣性組成即使在高濃度抗生素環(huán)境中也相當(dāng)完整，至少在有足夠的時間進(jìn)行恢復(fù)的情況下是這樣。然而對人類腸道菌群的研究表明，在不同的個體中相似的菌群在抗生素壓力下可能有明顯不同的反應(yīng)。

3.2抗生素對環(huán)境微生物抗藥性的影響

近期研究表明，許多菌群中含有一個不同的抗性基因集合，被稱為抗性基因組，它所含有的多種抗藥性機(jī)制使攜帶菌可以抵御許多類型的臨床治療用抗生素。因此環(huán)境抗性基因組也被認(rèn)為是一個抗藥性基因儲備庫，可能會傳播到人類致病菌中［8］。當(dāng)只有一種抗生素選擇性壓力存在時，會出現(xiàn)抗生素對抗藥性微生物菌落的快速篩選現(xiàn)象。甚至一些研究表明，在抗生素消失后，獲得的抗性基因也可以在菌落中穩(wěn)定存在。

抗性基因通常發(fā)現(xiàn)于質(zhì)粒、轉(zhuǎn)座子、整合子等可移動元件中。通過這些可移動元件抗性基因可以在各種環(huán)境中發(fā)生轉(zhuǎn)移，如腸道、土壤、污泥、水等。通過基因轉(zhuǎn)移獲得抗生素抗性基因的間接證據(jù)，進(jìn)一步闡明了在抗生素選擇性壓力下基因轉(zhuǎn)移元件和抗性動力學(xué)特性。促進(jìn)抗藥基因轉(zhuǎn)移的相關(guān)元件類型對抗性基因轉(zhuǎn)移到其他細(xì)菌中可能是非常重要的。然而在復(fù)雜的菌群環(huán)境中高濃度抗生素對可移動元件的直接影響尚無定論，抗藥性的轉(zhuǎn)移機(jī)制仍有待深入研究。

除抗生素抗性外，在今后的研究中還要重點考慮抗生素選擇性壓力造成的其他影響，如微生物群落生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的降低對不同環(huán)境過程的影響，特別是消化作用及其他降解過程，以及那些可用于廢水處理及合成代謝的反應(yīng)過程，可能會受到負(fù)面影響［40］。與此相似的是，隨著鹽沼沉淀物中環(huán)丙沙星的增加，菌群層面也發(fā)生了變化，鹽酸鹽還原菌在菌群中得到了富集。最近對微生物與人類代謝綜合征關(guān)系的研究推測其可能與臨床抗生素治療具有因果關(guān)系［41］。同時，細(xì)菌和多細(xì)胞生物之間的共生關(guān)系可能很復(fù)雜，并且對外部環(huán)境變化極其敏感。

3.3環(huán)境微生物豐度對抗藥性選擇的影響

在評估生態(tài)系統(tǒng)和人類健康風(fēng)險時，土著細(xì)菌的豐度和多樣性是十分重要的，因為這些參數(shù)會在高選擇壓力下影響生態(tài)系統(tǒng)動力學(xué)。一方面，細(xì)菌密度的增加，提高了細(xì)菌間的接觸頻率，進(jìn)而提高了細(xì)菌間發(fā)生水平基因轉(zhuǎn)移的可能性；另一方面，高密度細(xì)菌也意味著能夠更快速地降解抗生素，降低抗生素選擇性壓力。同樣，更大的菌群多樣性可能意味著具有更大的抗性基因儲備庫［42］。在被人或動物污水污染環(huán)境的細(xì)菌群落中，細(xì)菌可能會有機(jī)會分享人或動物的共生菌或病原菌抗性基因儲備庫的抗性因子。與此相似，如果環(huán)境細(xì)菌，尤其是抗性因子特別優(yōu)勢的污染環(huán)境中的細(xì)菌，進(jìn)入腸道遇到人或動物的腸道細(xì)菌時，這種抗性交流就可以反向進(jìn)行。如果這些動物接下來進(jìn)行抗生素治療，就增加了從環(huán)境中的抗藥組中募集抗性因子的風(fēng)險。

4 小 結(jié)

生態(tài)環(huán)境在細(xì)菌抗藥性發(fā)展的歷程中起著關(guān)鍵性作用，環(huán)境不僅是抗性基因的巨大儲存庫，也是抗性基因的源頭、傳播載體和抗生素濫用的最終承受者。在環(huán)境中抗藥性的傳播依賴于抗性基因、轉(zhuǎn)移元件，導(dǎo)致抗藥性的遺傳突變和維持抗性基因的選擇壓力。在過往的研究中環(huán)境微生物潛在的抗生素抗性基因往往被忽略，目前，只有一小部分抗藥性病原菌和其他細(xì)菌被鑒定研究，隨著不同抗生素的使用，抗藥性在生態(tài)環(huán)境中具有巨大的進(jìn)化和傳播潛力，抗藥性的存在有助于病原菌適應(yīng)環(huán)境或改變環(huán)境微生物的自然適應(yīng)性。抗生素抗性基因是公認(rèn)的環(huán)境污染物，卻不同于普通的化學(xué)污染物。環(huán)境中化學(xué)污染物可以被稀釋和降解，而抗性基因在適宜的條件下可通過復(fù)制和傳播被大量擴(kuò)增。細(xì)菌抗藥性的危害評價應(yīng)考慮到它對公眾健康和生態(tài)的潛在影響。生態(tài)環(huán)境是一個既封閉又交叉的系統(tǒng)，使各種微生物處于抗生素和抗藥性元件的影響之中。鑒于環(huán)境抗藥菌和臨床病原菌的相同抗性機(jī)制，在研究抗藥性傳播與危害中必須考慮環(huán)境的雙重作用。

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（責(zé)任編輯 晉大鵬）

中圖分類號：S859.79＋6

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1671－7236（2016）12－3368－07

doi：10.16431／j.cnki.1671－7236.2016.12.042

收稿日期：2016－06－25

基金項目：國家自然科學(xué)基金（31272603、31101836）

作者簡介：朱 陣（1987－），男，河北滄州人，博士生，研究方向：細(xì)菌耐藥機(jī)理，E－mail：zhuzhen234＠yeah.net

通信作者：＊張繼瑜（1967－），男，博士，研究員，博士生導(dǎo)師，Tel：0931－2115278；E－mail：infzjy＠sina.com

Research Progress on Bacterial Resistance in Environment

ZHU Zhen，LI Bing，ZHOU Xu－zheng，WEI Xiao－juan，CHENG Fu－sheng，ZHANG Ji－yu＊
（KeyLaboratoryforVeterinaryDrugInnovation，MinistryofAgriculture，LanzhouInstituteofHusbandry andPharmaceuticalScience，ChineseAcademyofAgriculturalSciences，Lanzhou730050，China）

Abstract：Antibiotic resistance genes have become a recognized environmental pollutant，threatening the ecological safety and human health.The application of antibiotics in the clinical and animals breeding，making the environmental microorganisms living with the impact of the residue of antibiotics and elements of resistance genetic and leading to antibiotic resistant bacteria to gain a competitive advantage and destroyed the stability of ecosystem.In this paper，we expounded the concept of resistance gene transmission by the view of macro environment.Through analyzing the mechanism of resistance development，environmental pollution caused by drug resistance and the impact of environmental microorganism for drug resistance，we clarified the key role of the environment in the development of the characteristics of bacterial resistance and analysis environmental resistance.Such as the ecological diversity of flora，the types and the spread of resistant bacteria，the residues of antibiotics and the transmission of the resistance genes.

Key words：antibiotic；resistance genes；environmental microorganisms