在现代社会，抗生素本是对抗细菌感染的有力武器，可如今却面临着严峻挑战 —— 抗生素耐药问题日益严重。这一问题的产生，主要源于临床和兽医领域对抗生素的过度及不当使用，感染率的上升，还有卫生消毒措施的不到位。过去，人们普遍认为临床环境是耐药菌和耐药基因的主要藏身之处，但近年来，像废水处理厂这样的环境也逐渐被发现成为耐药菌和耐药基因的重要 “温床”。
军团菌广泛存在于自然和人工水系统中，其中嗜肺军团菌是引发严重非典型肺炎（即军团病，Legionnaires’ disease，LD）和庞蒂亚克热的 “罪魁祸首”，全球近 90% 的军团病病例都由它引起。虽说以往在军团菌感染中，耐药问题并不突出，但如今临床菌株对一线药物出现耐药，治疗失败的情况也时有发生。气单胞菌属常见于各种水生环境，能引发多种人类疾病，而且还是水生环境中耐药基因的重要储存库。可目前针对废水处理厂环境中气单胞菌属耐药决定因子的基因分型研究却非常有限。鉴于此，来自南非多个研究机构（包括 Sefako Makgatho 健康科学大学、国家职业卫生研究所、约翰内斯堡大学等）的研究人员开展了一项研究，旨在解析市政污水中嗜肺军团菌和气单胞菌属的宏基因组组装基因组（MAGs），明确它们的 AR 基因型，并探究嗜肺军团菌中特定耐药基因的自发突变情况。该研究成果发表在《BMC Microbiology》杂志上。
研究人员主要运用了以下关键技术方法：首先，从南非 Tshwane 的市政废水处理厂采集废水样本；接着，对样本进行 DNA 提取；之后，使用 MGI DNBSEQ - G400 测序平台进行测序，通过 metaSPAdes v.3.15.3 软件进行基因组组装，用 Metabat v.2.15 软件将重叠群分组为 MAGs，利用 CheckM v.1.1.3 软件评估 MAGs 的完整性和污染程度，借助 Genome Taxonomy Database - Tk v.1.7.0 软件进行分类注释；最后，运用 NCBI 的 AMRFinderPlus 工具预测耐药基因，通过 BLASTn 和 Clustal Omega 软件筛选和分析相关基因的突变情况。
研究结果
- 宏基因组组装基因组（MAGs）的一般特征：研究获得了高质量的 MAGs，嗜肺军团菌的 MAGs 完整性达 95 - 99%，污染率低于 1%；气单胞菌属的 MAGs 完整性在 59 - 95% 之间，且无污染。嗜肺军团菌不同样本的基因组大小、G + C 含量、contig 数量等存在差异，气单胞菌属中不同菌种（豚鼠气单胞菌、嗜水气单胞菌）的基因组特征也各不相同。
- 嗜肺军团菌潜在的抗生素耐药突变和基因型：在所有嗜肺军团菌 MAGs 中都检测到编码氨基糖苷 O - 磷酸转移酶的基因 aph (9) - Ia，该基因赋予对壮观霉素的耐药性。此外，还在与治疗军团病药物（大环内酯类、氟喹诺酮类、利福平）耐药相关的基因中发现了 138 个非同义单核苷酸变异（SNVs）和 1 个 lpeB 基因缺失突变，其中 gyrA 和 gyrB 基因中的 SNVs 较多。
- 气单胞菌属的抗生素耐药模式：从豚鼠气单胞菌和嗜水气单胞菌的 MAGs 中分别鉴定出 2 个和 5 个耐药基因，可赋予对氨基糖苷类和 β - 内酰胺类抗生素的耐药性。不同气单胞菌属菌种携带的耐药基因有所不同，且这些耐药基因的相似性较高，暗示其可能具有完整的功能。
研究结论与讨论
这项研究全面探究了市政污水中嗜肺军团菌和气单胞菌属 MAGs 的 AR 谱和相关点突变。虽然由于资源限制，无法对可培养分离株进行研究，以明确表型抗菌药敏模式与基因组特征的关联，但研究结果仍为后续研究奠定了基础。
在嗜肺军团菌方面，虽然 aph (9) - Ia 基因目前因壮观霉素使用较少，其风险暂不被重视，但它有可能水平转移到其他病原体。研究中发现的与多种药物耐药相关的 SNVs，虽与之前报道的体外诱导突变不同，但仍揭示了潜在的耐药机制。尤其是 DNA 促旋酶基因中的大量 SNVs，可能预示着氟喹诺酮耐药（FQR）的出现，这对军团病的治疗构成潜在威胁。
气单胞菌属中常见的 β - 内酰胺类耐药基因，再次证实了该属在水环境中作为 β - 内酰胺耐药基因传播潜在储存库的作用。研究还首次在市政污水的气单胞菌属中发现了 blaOXA - 1143和 blaOXA - 724等耐药基因，以及特定于嗜水气单胞菌的 MBL 编码基因 imiH。此外，气单胞菌属中还存在氨基糖苷类耐药编码基因，可能在耐药基因传播中发挥重要作用。
总体而言，该研究表明市政污水是抗生素耐药的重要储存库，揭示了其中新兴的耐药模式，对指导职业健康、公共卫生和环境监测意义重大。未来，应实施大规模监测计划，以便及时发现和控制耐药菌株的传播，保障公众健康。
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