通过宏基因组研究猪场养殖环境中的 β-内酰胺酶基因流行和传播机制

The extensive use of antibiotic in swine farm results in serious antibiotics residue in swine farm environment, which promotes the spread of antibiotic resistance and evolution of the antibiotic resistance genes (ARGs). The farm environment has become an important site for the storage and evolution of ARGs. However, traditional method for microbe culture is difficult to comrehansively eveluate the antibiotic resistance of the whole microbial population. This study employed the high throughput sequencing technology and metagenomic approach to establish the antibiotic resistiome of beta-lactamase in swine farm and swine gut microbiota. Thfor further explore the prevalence and evolution of the unknown and known ARGs of beta-lactamase. It will allow us to better understand the pervalence and transmission of antibiotic resistance, and provide scientific evidence for risk evaluation of antibiotic resistance.

随着β-内酰胺类抗生素在生猪的养殖中过程中的大量应用，造成了猪场养殖环境中β-内酰胺酶耐药基因（ESBL，碳青霉烯酶等）的广泛流行和传播。传统的微生物培养方法和耐药性鉴定方法，只能评价一种或几种β-内酰胺酶耐药基因，难以评价整个养殖环境中的β-内酰胺酶基因。本项目拟针对已呈现世界性流行趋势的β-内酰胺酶，选择一批用药记录清晰的养猪场，采集生猪养殖环境中的排泄物、废水、土壤等样品，采用宏基因组和生物信息学技术，能够更加全面地了解猪场养殖环境中的β-内酰胺酶基因（包括已知的和未知的），建立完善的耐药基因库。通过对猪场养殖环境和猪肠道微生物的β-内酰胺酶基因种类、数量和丰度进行分析，深入探究猪场养殖环境的β-内酰胺酶基因的的分布规律与流行特征，为养殖业中使用受用抗菌药物引起的耐药性的风险评估提供理论依据。

申请人负责国家自然科学基金面上项目，通过宏基因组研究猪场养殖环境中的β-内酰胺酶基因流行和传播机制（31572568）已于2019年12月31结题。由于β-内酰胺类抗生素在养殖中的广泛使用，β-内酰胺酶基因在养殖环境中普遍流行和传播，但是在养殖环境中β-内酰胺酶基因有哪些流行特征，尚不清楚。申请人通过本项目在2016-2019年期间，对采样地区的30余个猪场和鸡场的环境进行了采样（400份）和分析：1）首先通过高通量宏基因组测序分析，发现养殖环境中耐药基因的分布非常广泛，种类较多，其中发现猪场环境中ESBL的基因型种类非常多，其中blaTEM-117型基因丰度最高blaCTX-M-15，其次是；2）通过荧光定量PCR对11个猪场（部分猪场环境样品不满足分析条件，将在2018年重新采样）及2个5鸡场养殖环境样本，粘菌素耐药基因mcr-1、碳青霉烯类耐药基因blaNDM 、blaVIM和blaKPC及产ESBL基因blaOXA-1like、blaTEM 、blaCTX-M-9/15like 和blaCYM-2like的相对丰度进行定量调查，分析了相关耐药基因在不同环境样品中的分布情况，初步建立了β-内酰胺酶等耐药基因在养殖环境中的流行和传播规律；3) 猪场和鸡场产ESBLs大肠杆菌的流行现状和分子流行特征的回顾性研究，发现ESBL阳性大肠杆菌分离率呈逐年上升趋势，全基因组分析结果表明blaCTX-M-55最流行，其次是blaCTX-M-65，且畜禽源和人员ESBL阳性大肠杆菌存在相互传播的风险；4）通过研究发现，鸡场ESBLs大肠杆菌的流行率高于猪场，且肉鸡养殖环境中的β-内酰胺酶等耐药基因种类和丰度显著高于猪场养殖环境，尤其是碳青霉烯类耐药基因，因此初步对肉鸡养殖环境的内碳青霉烯类耐药基因的流行和传播情况进行了调查研究；5）已经建立了较为成熟的高通量宏基因组检测和分析方法（申请了相关专利），能够对养殖环境样品进行耐药基因的种类和丰度的检测。目前，有关养殖环境中的β-内酰胺酶基因流行和传播方面的研究成果，部分已经发表SCI论文，部分研究成果已撰写研究论文并投稿，尚在同行评议中。