3月25日，《自然》雜志旗下期刊Nature Food在線發(fā)表了中國農(nóng)業(yè)大學動物醫(yī)學院沈建忠院士團隊題為“養(yǎng)殖業(yè)抗菌藥物50年使用史促進動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。

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

自上世紀70年代以來，我國畜禽養(yǎng)殖規(guī)模逐步擴大，抗菌藥物的使用種類和用量不斷增加，導致動物源細菌耐藥日益突出，但對抗菌藥物的長期大量應(yīng)用如何加速細菌耐藥性的產(chǎn)生與傳播缺乏系統(tǒng)了解。明確這50年間細菌耐藥性時空演變的分子機制，有助于為我國制定科學合理的抗菌藥物使用政策，進而保障公共衛(wèi)生安全。針對這一問題，作者從基因組學角度系統(tǒng)分析了我國20世紀70年代至2019年間動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個到16.85個），多種藥物的耐藥基因流行率升高，包括介導獸醫(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

進一步分析發(fā)現(xiàn)細菌中質(zhì)粒的攜帶數(shù)量以及多樣性隨時間顯著增加，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，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)性進化過程（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，細菌特定耐藥基因并未隨之降低，反而出現(xiàn)藥物共篩選導致交叉耐藥增強的現(xiàn)象，即一類抗菌藥物（如氨基糖苷類）使用導致細菌對其他類藥物（氟喹諾酮類）的耐藥性增加；進一步揭示耐藥基因共存是導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雜性與多樣性的生物學基礎(chǔ)。

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

中國農(nóng)大博士畢業(yè)生楊璐（現(xiàn)為北京市疾病預防控制中心與中國農(nóng)業(yè)大學聯(lián)合培養(yǎng)博士后）為該論文的第一作者，沈建忠院士團隊的沈張奇教授、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)實驗室項目（NT2021006）和國家自然科學基金（81991535）等資助。