《Archives of Microbiology》:Environmental fate of antibiotic resistance genes in livestock farming
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这篇综述聚焦畜牧养殖环境中抗生素抗性基因(ARGs)。探讨其来源、污染状况、传播途径,结合 “One Health” 概念分析对人类健康的潜在风险,还提出控制策略,为理解微生物抗性跨介质迁移提供理论与科学指导。
畜牧养殖中抗生素抗性基因(ARGs)的环境命运研究综述
抗生素抗性基因(Antibiotic Resistance Genes,ARGs)作为新兴环境污染物,在畜牧养殖场及其周边环境中普遍存在。尽管现有研究多针对特定环境介质中的 ARGs 展开,但对养殖环境及其邻近区域 ARGs 的综合研究仍较为匮乏。本综述深入探究了 ARGs 从养殖场到周边环境的来源、污染状况以及传播途径,并基于 “One Health” 概念,讨论了 ARGs 从动物传播至人类病原体的潜在风险及其对人类健康的影响。
ARGs 的来源
畜牧养殖环境中 ARGs 的产生主要源于内在抗性和基因突变。内在抗性是指微生物本身具有的对某些抗生素的抗性机制,这在微生物的生存演化过程中逐渐形成。而基因突变则是在外界因素(如抗生素的使用、环境压力等)影响下,微生物基因发生改变,进而产生对抗生素的抗性。
ARGs 的污染状况
ARGs 在畜牧养殖环境中的分布情况较为复杂,其分布会因抗性基因类型的不同而有所差异。不同的抗性基因对不同抗生素具有抗性,在养殖环境中的出现频率和浓度也不尽相同。同时,季节性变化也会影响 ARGs 的分布,例如在温度、湿度等环境条件变化较大的季节,ARGs 的丰度和种类可能会发生改变。此外,ARGs 在不同环境介质(如土壤、水体、空气等)中的分布也存在差异,不同介质为 ARGs 提供了不同的生存和传播条件。
ARGs 的传播途径
ARGs 主要通过粪肥施用、废水排放和气溶胶扩散等途径传播到周边环境。粪肥中含有大量携带 ARGs 的微生物,当粪肥被施用于农田时,ARGs 随之进入土壤环境,可能会在土壤微生物群落中传播扩散。养殖过程中产生的废水含有高浓度的 ARGs,若未经有效处理直接排放,会污染周边水体,使 ARGs 在水生生态系统中传播。此外,养殖场产生的气溶胶中也含有 ARGs,通过空气流动,这些 ARGs 可以扩散到较远的地方,污染更大范围的环境。
ARGs 对人类健康的潜在风险
基于 “One Health” 概念,ARGs 从动物传播至人类病原体的潜在风险不容忽视。当人类暴露在含有 ARGs 的环境中时,ARGs 可能被人体吸收,进而在肠道微生物群落中积累。肠道微生物群落是人体健康的重要组成部分,ARGs 的积累可能会改变肠道微生物的组成和功能,影响人体的正常生理代谢过程,甚至可能导致人体对某些抗生素产生抗性,增加感染疾病的治疗难度,对人类健康构成严重威胁。
ARGs 传播的影响因素
ARGs 的传播受到多种因素的综合影响。微生物群落之间的相互作用在 ARGs 的传播过程中起着重要作用,不同微生物之间可能通过水平基因转移(Horizontal Gene Transfer)等方式交换 ARGs。抗生素的使用是 ARGs 传播的重要驱动力,长期或过量使用抗生素会选择性地富集具有抗性基因的微生物,促进 ARGs 的传播。同时,重金属和新兴污染物也会影响 ARGs 的传播,它们可能与 ARGs 存在协同作用,增强微生物对环境压力的耐受性,从而加速 ARGs 的扩散。此外,环境因素(如温度、pH 值、氧化还原电位等)也会对 ARGs 的传播产生影响,适宜的环境条件有利于 ARGs 的存活和传播。
ARGs 的控制策略
为了有效控制 ARGs 在畜牧养殖环境中的传播,本综述提出了三种控制策略。一是从源头上减少 ARGs 的产生,例如合理使用抗生素,避免滥用和过度使用,减少对微生物的选择性压力,从而降低 ARGs 产生的几率。二是控制 ARGs 的传播,通过加强对养殖废水、粪肥的处理,采用有效的消毒和灭活技术,减少 ARGs 向周边环境的扩散。三是尽量减少人类暴露,加强对养殖从业人员和周边居民的防护,提高公众对 ARGs 危害的认识,降低人类接触 ARGs 的风险。
综上所述,本综述全面分析了畜牧养殖环境中 ARGs 的环境命运,为深入理解微生物抗性在畜牧养殖环境中的跨介质迁移提供了理论框架和科学指导,对于制定合理的防控措施、保障人类健康和生态环境安全具有重要意义。未来,还需要进一步加强对 ARGs 的研究,探索更加有效的监测和控制方法,以应对这一新兴环境问题带来的挑战。
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