在全球范圍內(nèi)，醫(yī)院廢水已成為微生物污染和抗性基因擴(kuò)散的重要源頭。2024年發(fā)表在Science of the Total Environment上的一項研究Profiles of phage in global hospital wastewater: Association with microbial hosts, antibiotic resistance genes, metal resistance genes, and mobile genetic elements揭示了噬菌體在這一特殊環(huán)境中的分布特征及其與微生物宿主、抗性基因和可移動遺傳元件的復(fù)雜關(guān)聯(lián)，為理解廢水生態(tài)系統(tǒng)中的微生物相互作用提供了新的視角。
噬菌體：廢水中的“基因搬運(yùn)工”
噬菌體是地球上數(shù)量最龐大的生物實體之一，它們通過特異性感染細(xì)菌并調(diào)控其命運(yùn)，在微生物群落的動態(tài)平衡中扮演著關(guān)鍵角色。在這項研究中，科學(xué)家們通過宏基因組學(xué)測序技術(shù)，分析了來自全球多個地區(qū)醫(yī)院廢水中的噬菌體群落，發(fā)現(xiàn)噬菌體的多樣性與廢水中的微生物宿主密切相關(guān)。研究指出，噬菌體不僅通過裂解細(xì)菌直接調(diào)控微生物群落結(jié)構(gòu)，還通過水平基因轉(zhuǎn)移（horizontal gene transfer, HGT）在細(xì)菌間傳播抗性基因和毒力因子。
醫(yī)院廢水：抗性基因的“溫床”
醫(yī)院廢水是一個復(fù)雜的生態(tài)系統(tǒng)，含有大量病原菌、抗生素殘留、金屬離子以及抗性基因。這些環(huán)境壓力為微生物的適應(yīng)性進(jìn)化提供了溫床，而噬菌體作為微生物群落中的重要組成部分，可能在這一過程中扮演了“雙刃劍”的角色。一方面，噬菌體通過裂解病原菌，有助于減少廢水中的致病菌數(shù)量；另一方面，噬菌體可能通過整合到細(xì)菌基因組中（形成前噬菌體）或攜帶可移動遺傳元件（如整合子、轉(zhuǎn)座子），促進(jìn)抗性基因的傳播。
研究團(tuán)隊通過生物信息學(xué)分析，發(fā)現(xiàn)醫(yī)院廢水中的噬菌體與多種抗生素抗性基因（ARGs）和金屬抗性基因（MRGs）存在顯著關(guān)聯(lián)。例如，噬菌體攜帶的β-內(nèi)酰胺酶基因（blaTEM）和四環(huán)素抗性基因（tetA）在多個廢水樣本中頻繁出現(xiàn)。此外，噬菌體與可移動遺傳元件（如整合子intI1和轉(zhuǎn)座子Tn3）的共定位表明，噬菌體可能作為抗性基因的“載體”，在不同細(xì)菌宿主間傳播這些基因。
噬菌體與微生物宿主的協(xié)同進(jìn)化
研究進(jìn)一步探討了噬菌體與微生物宿主之間的協(xié)同進(jìn)化關(guān)系。通過分析廢水中的噬菌體基因組，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)噬菌體的宿主范圍與其攜帶的抗性基因類型密切相關(guān)。例如，感染腸桿菌科細(xì)菌（如大腸桿菌
和肺炎克雷伯菌）的噬菌體往往攜帶更多的抗生素抗性基因，而感染假單胞菌屬的噬菌體則與金屬抗性基因的傳播密切相關(guān)。這種宿主特異性可能反映了廢水環(huán)境中不同細(xì)菌對環(huán)境壓力的適應(yīng)性進(jìn)化。
全球廢水生態(tài)系統(tǒng)的差異與共性
盡管醫(yī)院廢水的微生物群落和噬菌體分布因地區(qū)、氣候和醫(yī)療實踐的差異而存在顯著不同，但研究發(fā)現(xiàn)了一些共性特征。例如，無論廢水來源如何，噬菌體與抗生素抗性基因和金屬抗性基因的關(guān)聯(lián)性均表現(xiàn)出高度一致性。這表明，廢水生態(tài)系統(tǒng)中的噬菌體可能在全球范圍內(nèi)通過相似的機(jī)制促進(jìn)抗性基因的傳播。
這項研究不僅為理解廢水生態(tài)系統(tǒng)中的微生物相互作用提供了重要數(shù)據(jù)，也為噬菌體療法的開發(fā)提供了新的思路。噬菌體療法作為一種替代抗生素的新型抗菌策略，近年來受到廣泛關(guān)注。然而，研究也提醒我們，噬菌體在裂解病原菌的同時，可能無意間促進(jìn)了抗性基因的傳播。因此，在開發(fā)噬菌體療法時，必須充分考慮噬菌體的基因組特征及其潛在的生態(tài)風(fēng)險。
這項研究強(qiáng)調(diào)了醫(yī)院廢水管理的重要性。通過優(yōu)化廢水處理工藝，減少抗生素和金屬離子的排放，可以有效降低廢水環(huán)境中抗性基因的傳播風(fēng)險。同時，深入研究噬菌體與微生物宿主的相互作用機(jī)制，將為廢水生態(tài)系統(tǒng)的修復(fù)和抗性基因的控制提供科學(xué)依據(jù)。在未來，隨著全球廢水管理政策的完善和技術(shù)的進(jìn)步，我們有望在控制抗性基因傳播的同時，充分利用噬菌體的生態(tài)功能，實現(xiàn)廢水生態(tài)系統(tǒng)的可持續(xù)管理。
參考文獻(xiàn)：doi:10.1016/j.scitotenv.2024.171766
來源：微生物安全與健康網(wǎng)，作者~朱斌。
