當(dāng)前，“同一健康”（One Health）正成為國(guó)際上最新的公共衛(wèi)生理念，它指的是人類健康、動(dòng)物健康和環(huán)境健康本質(zhì)上是相互交織、相互依存的。隨著抗生素的廣泛使用，抗生素抗性基因（ARG，以下簡(jiǎn)稱耐藥基因）在不同生態(tài)位之間的傳播已成為全球公共衛(wèi)生的重大威脅。耐藥基因傳播是"同一健康"（One Health）理念下的重要研究課題。然而，現(xiàn)有研究多集中于大范圍地域或長(zhǎng)時(shí)間尺度，對(duì)特定區(qū)域內(nèi)耐藥基因傳播的精細(xì)解析仍顯不足。

為此，中國(guó)疾病預(yù)防控制中心傳染病所聯(lián)合中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)、登封市疾控中心、北京工商大學(xué)、河南省疾控中心等單位，采用華大智造MGISEQ-2000測(cè)序平臺(tái)對(duì)河南省登封市的592份樣本進(jìn)行宏基因組測(cè)序，揭示了區(qū)域內(nèi)動(dòng)物、人體和環(huán)境間耐藥基因的傳播規(guī)律。該研究為區(qū)域范圍內(nèi)監(jiān)測(cè)耐藥基因分布、確定關(guān)鍵傳播載體、追蹤耐藥基因傳播以及輔助臨床耐藥性防控提供了新思路。

近日，該研究以"Regional antimicrobial resistance gene flow among the One Health sectors in China"為題在國(guó)際知名學(xué)術(shù)期刊Microbiome（IF=13.8）在線發(fā)表¹。

"同一健康"框架下

系統(tǒng)解析耐藥基因的區(qū)域傳播規(guī)律

研究團(tuán)隊(duì)選擇了河南省登封市作為研究區(qū)域，共收集了592份樣本，涵蓋人類糞便、食品（如豬肉、雞肉、蔬菜/水果）和環(huán)境樣本（如土壤、地表水、污水、蒼蠅、家禽糞便和豬糞便）。采用華大智造MGISEQ-2000測(cè)序平臺(tái)進(jìn)行宏基因組測(cè)序，該平臺(tái)以其高通量和高精度的性能共產(chǎn)生了3492.7Gb的數(shù)據(jù)，平均每個(gè)樣本為6.0Gb。隨后，在分離培養(yǎng)耐藥菌株的基礎(chǔ)上，研究者對(duì)49株耐碳青霉烯類分離株進(jìn)行全基因組測(cè)序。最后，結(jié)合大規(guī)模組學(xué)數(shù)據(jù)分析和機(jī)器學(xué)習(xí)模型等手段，在區(qū)域尺度上揭示了動(dòng)物、人體和環(huán)境間耐藥基因的傳播規(guī)律。

592份樣本的耐藥組特征

01 生境特異性抗性組特征

該研究首次系統(tǒng)性地揭示了人類、食品和環(huán)境樣本中耐藥基因的分布差異，發(fā)現(xiàn)食品和環(huán)境樣本（尤其是豬肉、蔬菜和蒼蠅）的耐藥基因負(fù)荷顯著高于人類糞便，其中揭示了多重耐藥基因占主導(dǎo)，強(qiáng)調(diào)了非臨床環(huán)境在抗生素耐藥性傳播中的關(guān)鍵作用。

02 腸桿菌科與移動(dòng)遺傳元件的主導(dǎo)作用

通過(guò)宏基因組組裝和菌株追蹤，明確了假單胞菌門(mén)（尤其是腸桿菌科）是耐藥基因的主要攜帶者，其通過(guò)質(zhì)粒、噬菌體介導(dǎo)的水平基因轉(zhuǎn)移（HGT）及菌株克隆傳播（如大腸桿菌單菌株跨多生境分布），共同驅(qū)動(dòng)區(qū)域耐藥基因流動(dòng)。

03 新型傳播途徑的發(fā)現(xiàn)

研究揭示了蒼蠅和食品（如蔬菜）作為耐藥基因向人類傳播的重要媒介，并證明職業(yè)暴露（如食品加工者）和飲食習(xí)慣（如素食者與蔬菜共享耐藥基因）顯著影響個(gè)體耐藥基因攜帶，為針對(duì)性干預(yù)提供了依據(jù)。

04 OXA-347基因的潛在風(fēng)險(xiǎn)

首次在區(qū)域尺度上報(bào)道了碳青霉烯酶基因OXA-347的廣泛存在，其通過(guò)移動(dòng)遺傳元件（如IS插入序列）在人類腸道菌群和環(huán)境（如廢水）中擴(kuò)散，提示需警惕其臨床轉(zhuǎn)化風(fēng)險(xiǎn)。

05 機(jī)器學(xué)習(xí)模型的創(chuàng)新應(yīng)用

基于微生物組特征的隨機(jī)森林模型可高效預(yù)測(cè)碳青霉烯耐藥菌株（AUC >0.9），為抗生素耐藥性監(jiān)測(cè)提供了低成本、高通量的新工具。

基于宏基因組測(cè)序數(shù)據(jù)構(gòu)建隨機(jī)森林模型預(yù)測(cè)碳青霉烯耐藥菌的存在

技術(shù)創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)耐藥基因傳播新洞察

上述研究將測(cè)序、多組學(xué)、生信分析與機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)結(jié)合，在“同一健康”框架下，為遏制微生物耐藥性提供了強(qiáng)大的工具和方法論支持。隨著生物技術(shù)（BI）與人工智能技術(shù)（AI）的進(jìn)一步發(fā)展和普及，通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、機(jī)制解析、傳播網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建和智能化預(yù)警，我們能夠更精準(zhǔn)地識(shí)別耐藥基因傳播的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，設(shè)計(jì)靶向干預(yù)策略，最終實(shí)現(xiàn)人類、動(dòng)物和環(huán)境健康的協(xié)同保護(hù)。這一跨學(xué)科、多技術(shù)的綜合應(yīng)用，將成為應(yīng)對(duì)抗生素耐藥性全球挑戰(zhàn)的核心驅(qū)動(dòng)力。

華大智造秉承"生命科技核心工具締造者"的使命，已成為全球唯一一家同時(shí)擁有"激發(fā)光"、"自發(fā)光"和"不發(fā)光"三種基因測(cè)序技術(shù)及產(chǎn)品的機(jī)構(gòu)。其中，華大智造聯(lián)合華大序風(fēng)提供的CycloneSEQ納米孔測(cè)序平臺(tái)，具有長(zhǎng)讀長(zhǎng)、速度快、實(shí)時(shí)測(cè)序、小巧便攜等特點(diǎn)，在抗生素耐藥基因研究中有巨大優(yōu)勢(shì)。

華大智造目前已有基于DNBSEQ平臺(tái)的DNA/RNA病原微生物宏基因組測(cè)序產(chǎn)品，同時(shí)即將推出基于CycloneSEQ-WT02納米孔測(cè)序儀的微生物全基因組測(cè)序組合產(chǎn)品(適配CycloneSEQ)，可快速得到單菌基因組組裝圖譜，搭配基于DNBSEQ平臺(tái)的短讀長(zhǎng)測(cè)序方案可實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，獲得更為完整準(zhǔn)確的基因組信息，進(jìn)一步助力抗生素耐藥基因傳播研究。

基于DNBSEQ平臺(tái)的DNA/RNA病原微生物宏基因組測(cè)序產(chǎn)品

華大智造微生物全基因組測(cè)序組合產(chǎn)品 (適配CycloneSEQ)

參考文獻(xiàn)：Feng, Y., Lu, X., Zhao, J. et al. Regional antimicrobial resistance gene flow among the One Health sectors in China. Microbiome 13, 3 (2025). https://doi.org/10.1186/s40168-024-01983-x