科研动态

国科大博士生导师通过抗生素和抗性基因的大数据分析助力我国绿色淡水养殖

  •   国科大博士生导师、中科院精密测量院环境与灾害研究部王智研究员和合作团队,通过抗生素和ARGs的大数据分析,发现我国抗生素限用政策一定程度上减少了水产养殖中目标抗生素的赋存量和生态风险;证实了稻虾共作养殖模式是一种相对生态友好及可持续发展的养殖模式。上述研究成果近期分别在生态环境领域专业期刊J Clean Prod.和Environ Poll.上发表。

      作为20世纪最重要的医学发现之一,抗生素在人类疾病防治、畜牧业和水产养殖领域发挥了重要作用。然而,抗生素的广泛使用与滥用也给人类和生态系统带来了巨大的安全隐患。水产养殖是消耗抗生素的重要产业,不可避免地成为抗生素和抗性基因(ARGs)的重要来源、活动热点和存储库。目前,对淡水养殖湿地这一特殊水环境中的抗生素和ARGs仍缺乏全面的认识,不利于水产养殖业的可持续发展与人类健康。

      研究团队根据已发表的文献制定了Meta分析准则,对涵盖广西、广东、湖北、湖南、辽宁、福建、江西、江苏、天津等14个省(市)(占全国淡水养殖品产量77.4%)的淡水养殖湿地抗生素和ARGs文献进行Meta分析。结果表明,在2006-2019年(采样时间),中国淡水养殖湿地水体中共报道了44种抗生素,其中磺胺类和氟喹诺酮类抗生素种类最多(均为12种),其次是大环内酯胺类(8种)和四环素类(5种),剩余7种包括氯霉素、林可霉素和β内酰胺类四类抗生素。在省级尺度上,水产养殖品的产量与养殖湿地中抗生素的浓度显著正相关(P=0.0159, r=0.77)。评估了具有充足数据的11种抗生素和4种ARGs的时间变化趋势,发现在5种被禁用的抗生素中有4种被禁用后浓度显著降低,6种未被禁用的抗生素浓度均表现出了上升或不变的趋势;而所评估的4种ARGs (sul1、sul2、tetM和tetW)丰度均表现出了增加的趋势。使用宏基因组技术的研究表明多重耐药基因在养殖塘中的多样性和丰度最高,其次是氨基糖苷类与β内酰胺类抗性基因的多样性和杆菌肽抗性基因的丰度。相关性分析显示,多种抗生素与其对应的ARGs存在显著正相关,可移动遗传元件int1也与多种ARGs显著正相关,表明淡水养殖水体中抗生素与微生物可移动元件对ARGs的增殖扩散具有重要作用。生态风险评估显示,在分析的27种抗生素中有18种存在中-高程度的生态风险。本研究证明,水产养殖业抗生素限用政策可以在一定程度上减少水产养殖中目标抗生素的赋存量和生态风险;此外,基于meta分析的结果,我们在管理和学术方面为水产养殖中抗生素和ARGs的污染防治工作提出了具体建议。

    Journal of Cleaner Production论文图文摘要

      在此基础上,针对“当前有关淡水养殖湿地中ARGs研究大多集中在单一养殖模式,缺乏不同水产养殖环境中抗性基因组的比较研究”这一现状,科研团队联合华中科技大学宁康教授团队进一步以我国淡水养殖主产区(江汉平原)的虾塘、蟹塘、虾蟹混养以及稻虾共作四种养殖湿地为研究对象,通过宏基因组测序与生物信息分析,探讨不同养殖湿地中抗生素与ARGs污染特征,并深入揭示了ARGs在不同养殖模式之间以及不同养殖动物肠道内的形成和传播机制。结果表明,水产养殖模式影响了养殖湿地水体,沉积物以及虾蟹肠道中ARGs的组成和丰度。与虾塘、蟹塘、虾蟹混养模式相比,稻虾共作养殖模式中抗生素浓度、ARGs的多样性和丰度均处于较低水平,并且由病原菌携带的ARGs产生的健康风险也处于较低水平。水产养殖环境因子(包括营养盐、水体溶解氧、电导率等)、细菌群落和可移动元件都对ARGs的形成有显著影响;与环境因子相比,可移动元件和细菌群落对ARGs增殖和传播的影响更加强烈。然而水产养殖湿地中的环境因子对虾蟹肠道中ARGs的形成影响较弱。该研究加深了对不同水产养殖模式抗性基因组污染特征和风险的认识,并从ARGs污染的角度证实了稻虾共作养殖模式是一种相对生态友好及可持续发展的养殖模式,对水产养殖模式的管理具有重要的意义,为选择适当的水产养殖模式和控制水产养殖环境中抗生素耐药性提供了重要参考。

    Environmental pollution论文图文摘要

      相关研究得到中科院青年促进会、湖北省杰出青年基金和国家自然科学基金等支持。

    责编 :李暄妍