新冠病毒的爆發(fā)在全球造成超過一億人感染。在世界各國應(yīng)對新冠疫情之際，生物學(xué)家和醫(yī)學(xué)界專家還為另一件事情擔(dān)憂著，那就是細菌產(chǎn)生的抗生素耐藥性。有很多人把這些細菌稱作“超級細菌”，它是全球公共衛(wèi)生的定時炸彈。
　　抗生素是人類歷史上的一大福音，它幫助人類治療了很多細菌感染的疾病。但是在抗生素“大屠殺”后幸存下來的那一小撮細菌會進化和繁殖，這就是所謂的耐藥性。由于抗生素的過量使用，包括淋病、結(jié)核病和沙門氏菌在內(nèi)的許多不同類型的細菌感染變得極難治療，有時甚至無法治療。
　　2020年6月，世界衛(wèi)生組織WHO的總干事譚德塞也曾指出新型冠狀病毒疫情令抗生素的使用增加。前線醫(yī)生治療新冠病人時，為了防止病人有其他并發(fā)感染，會使用大量抗生素，從這個角度新冠疫情在某程度上使耐藥性問題更加嚴峻了。
　　在水中檢出抗藥性細菌已不是新鮮事。但正如此前大家擔(dān)心新冠病毒在污水中傳播的可能性一樣，大家也會擔(dān)心在不久的將來，污水會否成為這些超級細菌引起感染的爆發(fā)源頭。在本期的微信推送里，我們將帶大家一起來了解水環(huán)境中的抗微生物耐藥性問題。
　　
　　圖. 圖源: Kateryna Kon@Shutterstock
　　超級細菌的問題
　　抗生素的使用可以追溯到上世紀40年代，也就是青霉素誕生的那年。那本是劃時代的大事件——我們?nèi)祟惈@得了成功治療和控制細菌感染的能力。但是到了二十世紀50年代，我們就發(fā)現(xiàn)就抗生素抗性問題了。而到了今天，已經(jīng)出現(xiàn)了不少對所有抗生素類別都有抗性的微生物。
　　
　　圖. 青霉素-二戰(zhàn)的神奇藥物 | 圖源：Photo12/UIG
　　一些實驗室測試顯示不易引起耐藥性的抗生素，情況也是如此。例如以前以為實驗室環(huán)境中很難誘導(dǎo)出萬古霉素耐藥性(vancomycin resistance)，但據(jù)報道指出，在臨床使用7年之后，凝固酶陰性球菌(coagulase-negative staphylococci-CoNS)已經(jīng)有對萬古霉素的耐藥性。
　　抗生素耐藥性通常是由基因介導(dǎo)的，可以在細菌之間轉(zhuǎn)移。世界衛(wèi)生組織已經(jīng)發(fā)出警告，說這場危機可能會變得很可怕。以革蘭氏陽性病原體為例，耐青霉素酶的半合成青霉素-甲氧西林（Methicillin）在1959年應(yīng)用于臨床后曾有效地控制了金黃色葡萄球菌（S. aureus）的感染。但是之后不久，英國學(xué)者Jevons就在1961年首次發(fā)現(xiàn)了耐甲氧西林金黃色葡萄球菌（MRSA）。如今，在美國死于MRSA感染的人數(shù)已經(jīng)超過了艾滋病毒、帕金森病、肺氣腫和兇殺案的總和。
　　革蘭氏陰性菌被認為比革蘭氏陽性菌具有更高的威脅，因為它們對幾乎所有可用的抗生素都產(chǎn)生了抗藥性。這些著名的革蘭氏陰性病原體包括腸桿菌科（包括大腸桿菌、沙門氏菌和克雷伯菌）、銅綠假單胞菌和不動桿菌。特別令人擔(dān)憂的是科學(xué)家發(fā)現(xiàn)多種大腸桿菌能產(chǎn)生超廣譜β-內(nèi)酰胺酶，它能使所有β-內(nèi)酰胺抗生素?zé)o效。
　　
　　圖. ESBL耐藥腸桿菌 | 圖源：benvitalisgreenvision
　　污水會傳播抗生素耐藥性嗎？
　　抗生素抗性細菌存在于許多不同的環(huán)境中，包括人體腸道。那么是否有抗藥性細菌進入污水系統(tǒng)呢？
　　芬蘭赫爾辛基大學(xué)的Stefanie He?等人曾調(diào)查過飛機污水中是否存在耐藥性細菌，他們的研究結(jié)果發(fā)表于2019年的期刊Environmental Science & Technology里。研究人員從五個機場的污水罐采集樣品，并對有連接機場廢水和沒有連接機場廢水的污水廠進行取樣。
　　該研究團隊使用了宏基因組測序，對提取的全部DNA進行測序，然后與抗生素抗性基因數(shù)據(jù)庫進行匹配，并對14種選定的抗生素抗性基因進行定量PCR分析(qPCR)。因為目前各地和大腸桿菌相關(guān)的抗生素耐藥性水平較高，因此他們以大腸桿菌作為指示生物，并選擇性地為其培養(yǎng)樣品。
　　研究團隊對抗生素抗藥性基因的多樣性進行計算，方法是算出每1000份16S rRNA基因中發(fā)現(xiàn)的抗生素抗性基因的數(shù)量。結(jié)果顯示，飛機污水的抗生素抗性基因的多樣性明顯高于污水處理廠的進水。根據(jù)得到的14種抗生素抗性基因的相對豐度數(shù)據(jù)，他們發(fā)現(xiàn)飛機廢水中四環(huán)素(tetracyclines)、氨基糖苷類(aminoglycosides)和大環(huán)內(nèi)酯類(macrolides)耐藥性的基因明顯豐富。對分離的大腸桿菌的分析也顯示，飛機廢水的耐藥性高于市政廢水——飛機廢水樣品分離的大腸桿菌對第三代頭孢菌素(cephalosporins)，氟喹諾酮類藥物(fluoroquinolones)和氨基糖苷類藥物(aminoglycosides)的綜合耐藥性更高。
　　
　　圖. 飛機污水加速了全球抗生素耐藥性的擴散？| 圖源：popularmechanics
　　這個研究結(jié)果還是讓人十分擔(dān)憂的，因為它意味著那些高頻耐藥性細菌可以通過現(xiàn)在各種便捷的交通工具傳到世界各地。
　　跟蹤監(jiān)測利器
　　與其坐以待斃，不如主動出擊。既然能在污水中檢出抗生素耐藥性，我們能不能利用污水來判斷一個城市的環(huán)境的抗生素耐藥性程度呢？
　　丹麥技術(shù)大學(xué)的Rene Hendriksen等人在2019年做了這樣的一個研究。研究團隊從60個國家地區(qū)的79個地方收集了未經(jīng)處理的污水樣品，從中提取DNA后進行宏基因組分析，然后與抗生素抗性基因數(shù)據(jù)庫進行比對。
　　團隊發(fā)現(xiàn)抗生素抗性基因的豐度和多樣性顯示出地域差異，他們認為這和社會經(jīng)濟地位，醫(yī)療體系以及其他環(huán)境因素等密切相關(guān)。他們還對全球259個國家地區(qū)的抗微生物耐藥性(Antimicrobial Resistance, AMR)進行了預(yù)測，如下圖所示，發(fā)展中國家的AMR豐度更高（藍色更深）。
　　
　　研究團隊認為這表明在更好的衛(wèi)生條件和醫(yī)療保健系統(tǒng)在抵抗抗生素抗性細菌的傳播中發(fā)揮重要作用。他們建議對污水進行宏數(shù)據(jù)分析，通過對污水的全球性的連續(xù)監(jiān)測，建立一套對AMR的預(yù)測防控體系，并將它發(fā)展成一個人們從倫理上能接受，而且經(jīng)濟上可行的方法。