滨海村庄多环境介质与居民肠道菌群的耐药、毒力基因及KEGG通路特征分析

摘要

目的：基于One Health策略，了解滨海社区人体与多环境介质的菌群抗生素耐药基因、毒力基因及Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes(KEGG)通路的分布与关联特征，为深入探讨人与环境微生物的相互作用、机制及风险防范提供依据。方法：无菌采集人体粪便、海滩和猪场土壤样本。通过鸟枪宏基因组学的方法在美吉生物进行二代测序，通过综合抗生素耐药性数据库、毒力因子数据库、KEGG数据库进行注释，通过线性判别分析效应量，KEGG通路富集的方法进行差异通路分析。利用Spearman检验进行非参数的相关分析。结果：人体与海滩、土壤的耐药基因种类多为多重耐药、四环素、大环内酯类抗生素、糖肽类、喹诺酮类，且丰度呈中强相关性（r=0.573-0.783,P<0.05），尤其是四环素和糖肽类；氨基糖苷类和多黏菌素耐药基因则无相关（P>0.05）。线性判别分析（Linear Discriminant Analysis, LDA）提示人体最常见的耐药机制为抗生素靶标改变、靶标保护、渗透性降低；海滩A为抗生素外排泵机制、猪场土壤主要为抗生素靶标替换（LDA>4）。御性毒力因子在人肠道微生物中更为明显，攻击毒力因子和非特异毒力因子在海滩B中更为明显（LDA>4）。人肠道菌与海滩关联较强的两类毒力基因为防御性、调节性毒力因子（r=0.727～0.840,P<0.05）。人体较海滩菌群的3条KEGG Orthology通路丰度更高为：磷酸转移酶系统、半乳糖、核糖体；人体较猪场土壤则只有1条磷酸转移酶系统更高。海滩和土壤菌群较高的通路分别为碳代谢、甲烷代谢、氨基酸、脂肪酸代谢等。大肠杆菌生物膜在人体上调的通路较多，而铜绿假单胞菌和霍乱弧菌生物膜在海滩环境上调更多。结论：四环素与糖肽类抗生素耐药丰度高且在人体与环境微生物的强关联，提示这两种抗生素耐药菌分布广泛，可能由于不合理使用相关抗生素所致。人与海滩环境菌群的两类毒力因子具有强相关性，海滩-人体菌群的KEGG差异较土壤-人体菌群的差异更大，需从One Health角度深入探讨滨海海滩与人、动物的互作，并加强风险防范。

关键词

滨海村庄 / 耐药基因 / 毒力基因 / KEGG通路 / One Health