《Journal of Hazardous Materials》：Overlooked fate and associated pathogens of antimicrobial resistance in the Yellow River Delta, China
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系統調查黃河三角洲濕地及河流中抗生素耐藥基因（ARGs）的分布、遷移及宿主，發現濕地處理使抗生素濃度降低67.5%，但ARGs相對豐度僅下降7.6%，表明其持久性。Proteobacteria為主要宿主，環境因素如總氮（Water-TN）顯著影響ARGs resistome組成，為區域耐藥性控制提供依據。
Jingqian Xiao | Yu Wang | Haohan Chen | Fanmei Bu | Weixiang Xu | Shuang Qiu | Yan Kang | Donglin Wang | Haiming Wu | Zhen Hu | Jian Zhang | Zizhang Guo
中國山東省青島市山東大學環境科學與工程學院復雜多媒體污染協同控制重點實驗室，郵編266237
摘要
抗生素抗性基因（ARGs）在陸地輸入物中的傳播以及通過河口三角洲向海洋的擴散給環境帶來了重大挑戰，這些挑戰因多樣的微生物棲息地、河口富營養化和其他人為影響而加劇。然而，調控這些基因在該地區持續存在及其相關風險的具體機制仍知之甚少。本研究通過宏基因組學方法系統地調查了黃河三角洲（YRD）地區濕地和河流中ARGs的分布、遷移性、去除途徑及其宿主。在水中檢測到23種抗生素（濃度范圍為0.07 - 4.67 ng/L），在沉積物中檢測到14種抗生素（濃度范圍為0.0042 - 0.4768 ng/g）。盡管經過濕地處理后抗生素濃度降低了67.5%，但抗生素抗性基因的相對豐度僅下降了7.60%，表明遺傳抗性具有很強的持久性。此外，變形菌門（Proteobacteria）被確定為ARGs的主要宿主。攜帶抗性病原體的ARGs，尤其是ESKAPE病原體（如腸球菌、金黃色葡萄球菌、肺炎克雷伯菌、鮑曼不動桿菌、銅綠假單胞菌和腸桿菌屬），在濕地中的豐度和多樣性也顯著減少。值得注意的是，水中的總氮（Water-TN）對耐藥基因組和微生物組的組成影響最大，而抗生素的存在對濕地中的ARGs施加了比在河流中更強的選擇壓力。總體而言，本研究突顯了YRD地區ARGs的相關風險，為控制三角洲地區的抗菌素耐藥性提供了見解。
引言
抗生素和抗生素抗性基因（ARGs）被視為新興污染物，被廣泛用于治療細菌感染和作為飼料添加劑促進動物生長[1][2]。然而，抗生素的過度使用導致細菌受到選擇壓力，并通過垂直和水平基因轉移（VGT和HGT）促進了ARGs的發展[3]，從而對環境、微生物生態系統和人類健康構成重大風險[4]。截至2020年，全球每年有超過120萬人因ARGs而死亡，預計到2050年這一數字可能超過1000萬[5]。ARGs在水生生態系統中的出現、持續存在和增殖引起了廣泛關注。此外，市政污水處理廠（WWTP）無法完全去除抗生素[6][7]，導致抗生素殘留物頻繁出現在水生環境中，并最終在下游環境中積累。雖然研究表明水生環境中的耐抗生素細菌（ARB）通過移動遺傳元件（如質粒、轉座子和整合子）促進了ARGs的傳播，使水生環境成為重要的抗菌素耐藥性（AMR）儲存庫[8]，但這些復雜環境中ARGs的后續命運、持久性和生態驅動因素尚未完全明了。
河口三角洲是陸地和海洋生態系統之間最動態且生態最敏感的界面[9]。由于多種污染源的匯聚，包括生活污水、農業徑流和工業廢水，污染物通常表現出高度異質的空間分布[10][11]。此外，由河流徑流和潮汐影響驅動的獨特水動力條件創造了復雜的污染物傳輸和再分布路徑[12]。該地區的沉積物-水相互作用、頻繁的沉積物再懸浮以及濕地的緩沖能力進一步復雜化了污染物的轉化過程[13][14]。位于中國渤海沿岸黃河入海口的黃河三角洲（YRD）被認為是中國生態保護價值最高的河流三角洲之一。作為中國的主要河流流域之一，黃河在為農業和工業部門供水方面發揮著關鍵作用[15]。農業、水產養殖和醫療保健領域抗生素的廣泛使用，加上污水處理不足，導致抗生素殘留物和ARGs在三角洲中積累[16]。這種環境污染不僅使YRD的生態系統變得越來越脆弱，還加劇了全球抗菌素耐藥性（AMR）問題，可能對公共健康構成重大風險[17]。因此，闡明YRD河流-濕地系統中ARGs的持續存在和傳播的生態過程，并解決河口濕地中的抗生素污染控制問題，對于減輕公共健康風險至關重要。
近年來，人們越來越關注不同環境環境中抗生素抗性基因的出現和分布[18][19]。先前的研究記錄了人類影響系統中ARGs的廣泛存在及其在區域和全球尺度上的大規模空間模式[20][21]。最近在黃河三角洲的研究進一步表明，環境壓力因素（包括溫度升高和土壤鹽度增加）在塑造耐藥基因組組成和促進高風險ARGs富集方面起著重要作用[22][23]。然而，現有的河口和三角洲系統研究主要集中在耐藥基因組組成或總體豐度模式上，而調控ARGs持久性、宿主關聯和跨相互連接的河流-濕地系統的病原體相關風險的生態過程仍不明確。
本研究旨在通過宏基因組學分析YRD地區河流和濕地中的ARGs譜型，追蹤ARBs和ARGs的命運。通過對組裝的contigs進行分析，可以探索ARGs的遷移性和細菌宿主，特別是致病性ARBs，并隨后評估ARGs分布的環境驅動因素。這項研究提高了我們對YRD環境中AMR傳播的理解，為ARGs的環境風險評估和控制策略提供了見解。
地點描述和樣本采集
采樣地點位于中國山東省黃河三角洲的一個沿海濕地系統中，包括濕地（W1-W6）和河流（Y1-Y4）（圖1a）。濕地主要由典型的黃河三角洲植被組成，如蘆葦和其他耐鹽沼澤植物。每個采樣點都收集了水和沉積物樣本，詳細地點信息見表S1。地表水樣本在0-10厘米深度處采集。
黃河三角洲中抗生素的存在及其環境風險
在水樣中檢測到來自7個類別的23種抗生素，包括10種磺胺類藥物（SAs）、6種喹諾酮類藥物（QNs）、2種大環內酯類藥物（MLs）、1種四環素類藥物（TCs）、1種利福霉素類藥物（RIFs）和2種林可霉素類藥物（LINs），濃度范圍為0.07至4.67 ng/L（表S5）。所有水樣中都檢測到RIFs，其平均濃度最高（3.94 ± 39.52 ng/L），占總抗生素濃度的32%。
結論
本研究揭示了YRD地區抗菌素耐藥性的一種被忽視的命運。雖然濕地系統對抗生素的去除效率很高（67.5%），但ARGs的相對豐度僅下降了7.60%，表明濕地是遺傳抗性的持續儲存庫。這些頑固的ARGs與移動遺傳元件密切相關，表明它們有可能在微生物群落中傳播。盡管攜帶多種ARGs的ESKAPE病原體...
環境影響
抗菌素耐藥性對全球健康構成重大風險，尤其是對水生生態系統。三角洲濕地在水質保護中起著關鍵作用，但濕地中抗生素抗性基因（ARGs）的調控機制仍不清楚。本研究使用宏基因組學分析了黃河三角洲中ARGs的分布、轉移和微生物宿主。濕地處理后抗生素水平顯著降低，但遺傳抗性仍然存在。
CRediT作者貢獻聲明
Haiming Wu：驗證、監督。
Donglin Wang：方法學、資金獲取。
Yu Wang：正式分析、數據管理。
Zizhang Guo：撰寫 - 審稿與編輯、初稿撰寫、資金獲取、正式分析、數據管理、概念化。
Jingqian Xiao：撰寫 - 審稿與編輯、初稿撰寫、監督、軟件使用、資源管理、概念化。
Jian Zhang：軟件使用、資源管理、項目管理、方法學、調查。
Zhen Hu：資源管理、項目管理。
寫作過程中生成式AI和AI輔助技術的聲明
在準備這項工作時，作者使用了ChatGPT來改進語言和可讀性。使用該工具后，作者根據需要審查和編輯了內容，并對出版物的內容負全責。
作者聲明他們沒有已知的可能會影響本文所述工作的財務利益或個人關系。
致謝
本工作得到了國家自然科學基金（編號52270158、52200196、52300225和51908326）的支持。
