中国工程院食品安全院士团队

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在全球范围内，医院废水已成为微生物污染和抗性基因扩散的重要源头。2024年发表在Science of the Total Environment上的一项研究Profiles of phage in global hospital wastewater: Association with microbial hosts, antibiotic resistance genes, metal resistance genes, and mobile genetic elements揭示了噬菌体在这一特殊环境中的分布特征及其与微生物宿主、抗性基因和可移动遗传元件的复杂关联，为理解废水生态系统中的微生物相互作用提供了新的视角。

噬菌体：废水中的“基因搬运工”

噬菌体是地球上数量最庞大的生物实体之一，它们通过特异性感染细菌并调控其命运，在微生物群落的动态平衡中扮演着关键角色。在这项研究中，科学家们通过宏基因组学测序技术，分析了来自全球多个地区医院废水中的噬菌体群落，发现噬菌体的多样性与废水中的微生物宿主密切相关。研究指出，噬菌体不仅通过裂解细菌直接调控微生物群落结构，还通过水平基因转移（horizontal gene transfer, HGT）在细菌间传播抗性基因和毒力因子。

医院废水：抗性基因的“温床”

医院废水是一个复杂的生态系统，含有大量病原菌、抗生素残留、金属离子以及抗性基因。这些环境压力为微生物的适应性进化提供了温床，而噬菌体作为微生物群落中的重要组成部分，可能在这一过程中扮演了“双刃剑”的角色。一方面，噬菌体通过裂解病原菌，有助于减少废水中的致病菌数量；另一方面，噬菌体可能通过整合到细菌基因组中（形成前噬菌体）或携带可移动遗传元件（如整合子、转座子），促进抗性基因的传播。

研究团队通过生物信息学分析，发现医院废水中的噬菌体与多种抗生素抗性基因（ARGs）和金属抗性基因（MRGs）存在显著关联。例如，噬菌体携带的β-内酰胺酶基因（blaTEM）和四环素抗性基因（tetA）在多个废水样本中频繁出现。此外，噬菌体与可移动遗传元件（如整合子intI1和转座子Tn3）的共定位表明，噬菌体可能作为抗性基因的“载体”，在不同细菌宿主间传播这些基因。

噬菌体与微生物宿主的协同进化

研究进一步探讨了噬菌体与微生物宿主之间的协同进化关系。通过分析废水中的噬菌体基因组，科学家们发现噬菌体的宿主范围与其携带的抗性基因类型密切相关。例如，感染肠杆菌科细菌（如大肠杆菌

和肺炎克雷伯菌）的噬菌体往往携带更多的抗生素抗性基因，而感染假单胞菌属的噬菌体则与金属抗性基因的传播密切相关。这种宿主特异性可能反映了废水环境中不同细菌对环境压力的适应性进化。

全球废水生态系统的差异与共性

尽管医院废水的微生物群落和噬菌体分布因地区、气候和医疗实践的差异而存在显著不同，但研究发现了一些共性特征。例如，无论废水来源如何，噬菌体与抗生素抗性基因和金属抗性基因的关联性均表现出高度一致性。这表明，废水生态系统中的噬菌体可能在全球范围内通过相似的机制促进抗性基因的传播。

这项研究不仅为理解废水生态系统中的微生物相互作用提供了重要数据，也为噬菌体疗法的开发提供了新的思路。噬菌体疗法作为一种替代抗生素的新型抗菌策略，近年来受到广泛关注。然而，研究也提醒我们，噬菌体在裂解病原菌的同时，可能无意间促进了抗性基因的传播。因此，在开发噬菌体疗法时，必须充分考虑噬菌体的基因组特征及其潜在的生态风险。

这项研究强调了医院废水管理的重要性。通过优化废水处理工艺，减少抗生素和金属离子的排放，可以有效降低废水环境中抗性基因的传播风险。同时，深入研究噬菌体与微生物宿主的相互作用机制，将为废水生态系统的修复和抗性基因的控制提供科学依据。在未来，随着全球废水管理政策的完善和技术的进步，我们有望在控制抗性基因传播的同时，充分利用噬菌体的生态功能，实现废水生态系统的可持续管理。

参考文献：doi:10.1016/j.scitotenv.2024.171766

来源：微生物安全与健康网，作者~朱斌。