近日，一项在《mBio》发表的报道称，科学家在被用作肥料的牛粪中发现了大量耐抗生素的基因。这一发现提供了这样一种可能性：牛粪可能成为耐药菌中抗性基因的新来源。这些基因可能会转移至土壤中的微生物中，进而污染栽种其上的食物。
研究者被用作肥料的牛粪中发现了大量耐抗生素的基因，这些基因有通过基因转移传递到致病菌中的风险。图片来源：shutterstock友情提供
这项研究利用宏基因组的方法分离牛粪中含有的DNA并构建了DNA文库。利用实验室四类常见抗生素：beta-内酰胺类（氨苄青霉素等）抗生素、卡那霉素、四环素和氯霉素，对这一文库进行了筛选。研究人员将这一复杂的基因组文库通过消化后转入大肠杆菌体内，分理出具有抗性的菌落后对这些菌落进行测序。最终，获得了多达80个新的耐药性基因。
实际上，目前人类已经分离到数千种耐药性基因。由于存留在“对人无害”的微生物中，这些基因中的大多数都不会对人类的生活产生太大影响。然而，一旦这些基因通过某种方式转移至病原微生物体内，就可能会造成严重的疾病。这一研究的主要负责人、耶鲁大学的研究员法比安·魏施曼（Fabienne Wichmann）对此表示：“我们在研究中发现，从医院中分离的微生物与从环境中分离的微生物所携带的耐药性基因具有相关性，因此，我们希望能通过实验来探究是否有部分微生物或其基因从牛粪中‘逃逸’。”
农民经常使用未经特殊处理的牛粪作为肥料种植作物，因此存在一种可能性——在牛粪中生长的微生物继续生长并把它们的基因传播至我们的生存环境中。“这些基因会不会因此从牛棚中扩散到餐桌上呢？”耶鲁大学的微生物学家若·汉德尔斯曼（Jo Handelsman）提出了这一问题。
在研究者发现的80种新型耐药基因中，有约75%的基因与目前已发现的耐药基因亲缘关系较为疏远。研究人员甚至还发现了一组与此前的耐药基因完全不同的新基因家族，这一家族能够赋予其宿主菌氯霉素抗性。氯霉素经常被用于对呼吸道感染的治疗。
抗生素抗性基因在细菌之间的转移途径示意图。图片来源：E. Yoko Furuya & Franklin D. Lowy. Nature Reviews Microbiology 4, 36-45
“从五份牛粪样本中获得如此数量的基因是很惊人的，”汉德尔斯曼评论说，“但我们所发现的新基因与目前已知的耐药性基因存在进化上的巨大差距。而这些（已发现的）基因基本上代表了从医院和诊所分离出的常见耐药基因。”
好消息是，牛粪中所包含的耐药微生物及其基因还没有对人类健康产生影响。但魏施曼指出：“牛粪中含有丰度巨大的耐药基因”，这意味着它们极可能在不久之后成为人类的麻烦。
耐药性基因传入人类一般通过两条途径：含有该基因的微生物感染人类、或这一基因经由微生物间传递最终到达与人类有关的微生物中。此前的研究已证实，感染牲畜的微生物也可能感染人类。基因水平转移使得耐药基因能够在毫不相关的微生物间传递，并最终由环境微生物进入病原菌中。
牛粪中的一些菌落很可能具有致病性，一旦它们获得了耐药基因，就可能造成严重的问题。而即使是那些无害菌，也可能将自身的耐药基因传播给病原菌。汉德尔斯曼说：“我们希望这一研究能够为监管机构敲响警钟，在这些可能的致病因素造成损害前，找到新型的抗菌方法。”
汉德尔斯曼透露：“这是一系列研究中的一步，从牛棚、到土壤、食物最后到诊所。我们将一步一步追踪以研究这些基因是否具有这样一条传播通路。”