猪源高风险抗生素抗性基因（ARGs）的纵向与水平传播机制及致病菌介导的传播风险研究

　　本研究针对猪养殖中抗生素抗性基因（ARGs）传播威胁公共卫生的问题，通过宏基因组学技术追踪了猪全生命周期粪便中高风险ARGs的传播动态。研究发现父母代通过垂直传播向子代传递了130种ARGs亚型，其中30种Rank I最高风险ARGs（介导氨基糖苷类、MLS、四环素及多药耐药）由大肠杆菌等致病菌携带，并可能通过tnpA等可移动遗传元件（MGEs）水平传播。该研究揭示了猪源高风险ARGs的双向传播机制，为控制ARGs扩散提供了关键科学依据。

　　

在全球公共卫生领域，抗生素耐药性（AMR）正逐渐成为严峻的挑战。据估计，2019年抗生素耐药感染直接导致127万人死亡，到2050年，每年死亡人数可能达到1000万，甚至超过癌症死亡率。畜牧业中抗生素的广泛使用和滥用被认为是AMR快速增加的主要原因之一。猪作为重要的ARGs储存库，其粪便中携带的ARGs可通过肥料施用、气溶胶传播等途径进入环境和人类生活圈，甚至通过可移动遗传元件（MGEs）传播给人类致病菌，带来巨大的健康风险。

尽管近年来对猪肠道ARGs的研究日益增多，但针对高风险ARGs在全生命周期内的传播动态，尤其是父母代与子代之间的垂直传播以及致病菌介导的水平传播机制，仍缺乏系统研究。年龄作为影响ARGs结构和组成的关键因素，在猪的生长过程中如何影响耐药基因组的变化，也成为亟待解答的科学问题。

为了解决这些问题，浙江工业大学的研究团队在《Environmental Technology》上发表了一项深入研究。他们收集了18个独立全同胞家庭的162份粪便样本，包括父母代（公猪、妊娠母猪、哺乳母猪）和子代从新生仔猪到育肥猪（2-180日龄）的六个发育阶段样本。通过宏基因组测序技术，研究人员对样本进行DNA提取和高质量测序，使用Megahit进行从头组装和ORF预测，通过SARG数据库和MGE专用数据库注释ARGs和移动遗传元件，并采用健康风险框架对ARGs进行风险等级评估（Rank I-IV）。通过主坐标分析（PCoA）、共现网络分析和线性回归等统计方法，揭示了ARGs的传播规律和潜在宿主。

研究结果首先揭示了ARGs的发育轨迹和垂直传播模式：共鉴定出21种类型的260个ARGs亚型，其中四环素类、氨基糖苷类、大环内酯-林可酰胺-链阳霉素B（MLS）和多药耐药基因占主导地位。父母代与子代共享130个ARGs亚型，表明存在明显的垂直传播途径。

在高风险ARGs特征方面，研究发现30个Rank I ARGs亚型在垂直传播中占重要地位，这些基因主要介导对氨基糖苷类、MLS、四环素类和多重抗生素的耐药性。值得注意的是，新生仔猪粪便中Rank I ARGs的相对丰度最高，达到1173.81 TPM（转录本每百万），表明新生仔猪可能是高风险ARGs传播的重要载体。

关于细菌群落变化，研究发现拟杆菌门、厚壁菌门、放线菌门和变形菌门在整个生长阶段占主导地位（94.15-98.41%）。在属水平上，乳酸杆菌、梭菌属和大肠杆菌属丰度最高。更重要的是，研究发现了三种已知致病菌——大肠杆菌（Escherichia coli）、肠沙门氏菌（Salmonella enterica）和弗氏志贺菌（Shigella flexneri）在整个生长阶段持续存在，且在父母代和新生仔猪中丰度较高。

通过共现网络分析，研究人员发现这些致病菌可能是Rank I ARGs的潜在宿主。特别是大肠杆菌、肠沙门氏菌和弗氏志贺菌与多重耐药ARGs（如mdtE、mdtL和TolC）显示出强烈的正相关关系，表明这些致病菌不仅携带ARGs，还可能参与其传播过程。

在MGEs分析方面，研究鉴定出5种类型的MGEs，其中转座酶占主导地位（84.44%-97.82%）。通过核心MGEs分析，确定了tnpA、IS91和Tn916-orf13为整个生长阶段的核心MGEs。这些核心MGEs与Rank I ARGs显示出显著的正相关关系，特别是在父母代、新生仔猪和断奶一周仔猪中。

最后，通过线性回归分析，研究发现三种致病菌与核心MGEs之间存在显著相关性（r>0.5，P<0.01），表明这些致病菌可能通过核心MGEs介导高风险ARGs的水平传播。

研究结论表明，猪源高风险ARGs在父母代与子代之间存在明显的垂直传播模式，其中30种Rank I ARGs可能通过大肠杆菌等致病菌携带并传播。同时，这些ARGs还可能通过tnpA、IS91和Tn916-orf13等核心MGEs在不同细菌间进行水平转移。这一发现揭示了猪养殖环境中ARGs传播的双重机制，为制定针对性的ARGs控制策略提供了重要科学依据。

该研究的重要意义在于首次系统揭示了猪全生命周期内高风险ARGs的传播动态，明确了垂直传播和水平传播的具体途径，并识别了关键的传播媒介（致病菌）和传播载体（MGEs）。这些发现不仅对猪养殖业的抗生素使用管理具有指导意义，也为减少ARGs向环境和人类的传播提供了理论基础，对保障公共卫生安全具有重要价值。