科學家揭示青藏高原冰川抗性基因分布特征

抗生素抗性基因（Antibiotic resistance genes，簡稱抗性基因）被世界衛生組織（WHO）列為21世紀威脅人類健康的重大挑戰之一。目前，全球變暖導致冰川加速消融，冰川環境中存留的耐藥菌及其攜帶的抗性基因有可能隨冰川消融輸出到下游湖泊、河流等環境中，對下游環境的生態安全和居民健康產生潛在威脅。雖然青藏高原環境較潔凈，但外源抗性基因可隨大氣環流擴散至高原冰川，這些抗性基因繼而在冰川微生物甚至在病原菌間相互傳播，增加了冰川環境潛在的耐藥風險。目前，關于青藏高原冰川耐藥菌及其攜帶的抗性基因分布特征及其影響因子尚不明確。

為此，中國科學院青藏高原研究所環境變化與多圈層過程團隊通過分析青藏高原21條冰川85個雪、冰和冰塵樣品中的微生物基因組，揭示了青藏高原冰川耐藥菌攜帶抗性基因的空間分布格局。研究人員發現，抗性基因在季風影響區冰川雪中的豐度顯著高于西風影響區冰川（圖1），季風影響區冰川降水主要受印度及孟加拉等國的印度季風影響，冰川抗性基因豐度與這些國家抗生素的使用量呈顯著正相關（圖2），表明青藏高原周邊國家大量使用抗生素可能導致抗性基因隨印度季風傳播擴散至青藏高原冰川生境。

圖1 青藏高原21條冰川抗性基因的相對豐度

圖2 青藏高原冰川抗性基因豐度與抗生素使用量的關系

科研團隊進一步利用宏基因組技術分析了冰川生境中耐藥菌的分布特征，發現冰川耐藥菌大多攜帶多種抗性基因，其中攜帶四環素—氟喹諾酮類抗性基因組合的冰川耐藥菌數量最多（圖3）。對冰川耐藥菌潛在致病風險的分析結果顯示，28個屬中的細菌同時攜帶了抗性基因和毒力因子（圖4），這些耐藥菌對人類健康存在較大風險。

圖3 冰川耐藥菌含有的抗性基因組合及數量

圖4 冰川中抗性基因和毒力因子的共同宿主

科研人員進一步識別了抗性基因在冰川生境中的傳播媒介，發現質粒是冰川生境的優勢移動遺傳元件（圖5）。由于移動遺傳元件的豐度與抗性基因水平轉移發生的概率存在關聯，季風影響區冰川中移動遺傳元件豐度較高，表明抗性基因在該區域的傳播擴散風險高于西風影響區冰川。

圖5 冰川中抗性基因與移動遺傳元件共存特征

上述研究成果以“Monsoon affects the distribution of antibiotic resistome in Tibetan glaciers”為題，發表在《Environmental Pollution》上。中國科學院青藏高原研究所特別研究助理毛冠男博士為第一作者，劉勇勤研究員為通訊作者。該研究得到了第二次青藏高原綜合科學考察研究專項（2019QZKK0503、2021QZKK0100）、國家重點研發計劃（2021YFC2300904）、國家自然科學基金（91851207、42101128）以及“一帶一路”國際科學組織聯盟聯合研究合作專項（ANSO-CR-KP-2021-04）共同資助。

論文信息：Mao, G., Ji, M., Jiao, N., Su, J., Zhang, Z., Liu, K., Chen, Y., Liu, Y.* Monsoon affects the distribution of antibiotic resistome in Tibetan glaciers. Environmental Pollution, 2023, 317: 120809.