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城市海滩和污水中抗生素抗性组研究

宏基因组学揭示城市海滩和污水中的抗生素抗性库

Urban metagenomics uncover antibiotic resistance reservoirs in coastal beach and sewage waters

Microbiome, [10.465]

2019-02-28  Articles

DOI: https://doi.org/10.1186/s40168-019-0648-z

第一作者：Pablo Fresia^1,2,3, Verónica Antelo^1,3†, Cecilia Salazar^1,3†

通讯作者：Gregorio Iraola^1,2,3,11*

其它作者：

Matías Giménez1,3,4, Bruno D’Alessandro5,
Ebrahim Afshinnekoo6,7,12, Christopher Mason6,7,8,12, Gastón H. Gonnet3,9,10

作者单位：

¹乌拉圭，蒙得维的亚省研究所，微生物基因组实验室(Laboratorio de Genómica Microbiana, Institut Pasteur Montevideo, Mataojo 2020, (PO 11400), Montevideo, Uruguay)

²乌拉圭，蒙得维的亚省巴斯德研究所，生信中心(Unidad de Bioinformática, Institut Pasteur Montevideo, Montevideo, Uruguay)

划重点

人类对各种环境进了大量抗生素耐药基因分布的研究，但缺少对沿海城市污水和海岸的联合分析；

本文对乌拉圭首都8处污水和12处海水进行宏基因组测序，确定其细菌群落及其毒性和抗生素抗性分布情况，结果包括了当地医院报告的抗生素耐药类型；

污水和海水比较，多种类型抗生素耐药基因的数量更丰富，同时研究了抗生素耐药基因在可遗传元件上的分布和鉴定了指示组间差异的生物标志物；

本研究为流行病学的监控提供数据基础；

点评：本文实验设计简单，分析思路清晰，结果描述简明。适合研究抗生素耐药基因的同行作为入门级参考文献，学习和模仿其分析方法和结果描述的基本套路，助力你快速上手宏基因组学分析和结果解读，早日冲击高水平文章。

摘要

背景：

环境水体中存在的微生物群落构成了影响人类健康的抗生素抗性病原体的资源库。出于这个原因，各种各样的水环境正使用宏基因组学来分析和发现公共卫生威胁。然而，对于整个城市沿海环境中污水和海滩水是混合的群落的组成仍知之甚少。

结果：

我们对20个来自蒙得维的亚（乌拉圭首都）的沿海地区包括海滩和污水样本进行宏基因组测序，以确定细菌群落及其毒性和抗生素抗性分布情况。正如预期的那样，我们发现污水和海滩环境呈现出明显不同的细菌群落。这一基线使我们能够在污水样本中发现更高的流行病原菌和更多样的毒性和抗生素抗性基因的分布。这些基因中的许多来自著名的肠细菌，代表了在蒙得维的亚医院感染中报告的碳青霉烯酶和广谱β内酰胺酶。此外，我们能够对全球传播的病原体克隆和污水中出现的抗生素抗性细菌进行基因分型。

结论：

我们的研究首次使用宏元基因组学，联合分析了整个城市的海滩和污水系统，使我们能够描述城市水中循环的抗生素抗性病原体。这项初步研究中产生的数据代表了一项基础宏基因组探索，以指导未来的纵向（时间）研究，其系统实施将为改善公共卫生监测提供有用的流行病学信息。

结果

图1. 蒙得维的亚海滩和污水的群落组成

Fig. 1 Community composition of beach and sewage waters of Montevideo.

a. 基于k-mer距离聚类群落组成

b. 基于种水平的beta多样性距离聚类，红色为污水，蓝色为海岸

c. 取样地图

图2. 发现的抗生素耐药机制类型

Fig. 2 Occurrence of antibiotic resistance mechanisms.

a. 出现的抗生素耐药机制类型与样本的对应关系

b. 不同类型抗药性在两类型间分布数量

图3. 抗生素抗性在可移动元件中分布

Fig. 3 Distribution of ARGs in mobile genetic elements.

a. 抗性基因在染色体和质粒中的分布比例

b. 城市宏基因组中携带抗性质粒的分布

c. 整合酶的进化情况

图4. 鉴定污水中的生物标志

Fig. 4 Identification of sewage biomarker taxa.

a. LDA分析属水平的差异

b. 与病原菌相关的属在两组间差异

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