Antonio Ruzzini分享了持续努力揭示农业食品中抗菌素耐药性决定因素将如何增强我们对当前AMR危机的理解和管理。
世界动物卫生组织（WOAH）及其兽医重要抗菌药物清单提醒我们，可用于对抗细菌感染的抗生素数量有限。抗菌素耐药性（AMR）危机的定义是病原体出现具有保护其免受这些基本疗法影响的遗传决定因素。已知的遗传决定因素有数千种。我们还有多少AMR基因（ARG）尚未发现，哪些可能进化，哪些可能变得突出，这些都是未知的。
聚焦农业食品领域的AMR决定因素发现
农业实践，包括抗菌药物使用（AMU），在全球各不相同。在一些国家，预防性和治疗性用药——即大规模使用抗菌药物——是常规操作。在加拿大，可以将四环素或泰乐菌素（一种大环内酯类抗生素）添加到动物饲料中，以帮助抑制猪痢疾、家禽坏死性肠炎、肉牛肝脓肿以及蜜蜂美洲幼虫腐臭病。在特定地区，用于食品生产的AMU甚至超过了人类应用。不同环境中存在的抗生素种类和浓度，会选择出耐药的致病菌和非致病菌。总的来说，自然界中AMR决定因素的总体被称为“耐药组”。¹ 这是一个动态且不断扩大的遗传空间，受到针对性AMU或偶然暴露的影响。农业食品系统作为人类、动物和环境的主要交汇点，因此常被用作AMR监测的关键场所。
我们关于AMR的卓越知识是通过数十年的研究积累而来的——这一事实或许常常被遗忘。历史上，对耐药临床分离株的观察很快就被描述其遗传基础的工作所跟随。越来越多的ARG和能够保护细菌免受抗生素作用的突变清单被创建出来。如今，监测项目对这些清单的应用已超过发现工作本身。将细菌遗传学与标准化抗菌药物敏感性测试相结合的做法已变得普遍。
在农业食品系统中，监测AMR的机会丰富多样。细菌基因组和宏基因组测序数据常规支持该领域的AMR调查。基因检测通过计算搜索专用资源（如综合抗生素耐药性数据库）² 来促进。ARG清单，曾经记录在研究生笔记本中，现已转变为模块化的AMR搜索工具。基于DNA序列的从农场到餐桌监测的一个后果是，一个相关的基因库随时可用于挖掘农业食品中的AMR决定因素。
通过基因相似性进行发现
与动物相关的细菌群落和基因，即所谓的“微生物组”，充满了ARG及相关基因。支撑AMR监测和流行病学的严格基因定义（例如，≥98%的DNA序列同一性）并不反映进化产生的自然序列多样性。所有基因及其编码的蛋白质都可以被组织成具有共享或相关功能的家族。因此，一些AMR决定因素逃避了常规的命名和检测。这些是所谓的“潜伏”或未定义的ARG，它们在遗传上与那些经过实验验证功能的ARG相似，且数量更多。³ 它们存在于动物微生物组中，其活性不应被忽视，因为它们与更熟悉的病原体中的类似集合一样，受到AMU的影响。例如，猪的耐药组包含的潜伏ARG远多于已确定的ARG，这些潜伏ARG可能在保护细菌免受大环内酯类和四环素（饲料中添加的抗生素）方面具有潜在作用。需要确定潜伏ARG如何影响大规模使用和靶向治疗。在分子水平上，这要求将ARG不是作为单个基因而是作为家族来研究。通过建立更广泛的ARG家族成员的代表性与其决定AMR的能力之间的关系，我们可以更好地评估它们对农业及其他领域疾病管理的个体和集体风险。
通过基因邻近性进行发现
不同的ARG集合通常物理上聚集在细菌基因组中。这导致了AMR危机的多因素性质。这些“ARG簇”既是动态的——是获取新基因的热点——也可以作为多基因单元在细菌之间共享。针对一种抗生素的保护选择可能导致获得对多种抗生素类别的耐药性。ARG簇还可能包含功能未知的基因。为此，使用关联谬误，即“因关联而内疚”的假设，可能是有成效的。事实上，最近一项针对ARG簇内编码的一个未知功能基因的研究，发现了一种使泰乐菌素及相关化合物失活的AMR决定因素。⁴ 在这种情况下，该决定因素就隐藏在眼前，广泛分布于动物微生物组和病原体中，赋予对一类兽医重要抗菌药物的保护。DNA序列数据库（包括动物相关细菌基因组和微生物组）的公共访问，使得这类ARG勘探成为可能，并能够立即对新的AMR决定因素进行回顾性报告。
通过基因不一致性进行发现
我们比较病原体基因组（基因型）与抗菌药物敏感性测试结果（表型）的能力，是衡量我们AMR知识水平的基准。我们对病原体耐药性有很好的理解；然而，基因型与表型之间的差异在AMR报告中尤为明显。因此，应优先调查在缺乏可识别ARG的情况下观察到的AMR现象。与抗菌谱数据相关联的病原体基因组公共目录的不断增长，对于促进该领域广泛传播的发现工作至关重要。尽管如此，不一致性并非我们全球共同努力表征大量兽医病原体的结果。区域性和农业食品特定监测工作的读者应熟悉AMR基因型和表型描述之间的不一致性。通过不一致性进行发现需要那些寻求因果关系的项目，从相关性开始，而不是止于相关性。正是这种范式塑造了我们对AMR决定因素的理解。
通过发现保持警惕
采用上述一种或多种方法的研究项目代表了警惕性活动。它们认识到，我们目前在AMR知识上的空白可能影响抗生素的效用，并对未来构成威胁。在农业食品领域，WOAH的基本抗生素清单可以帮助我们聚焦研究重点，承认并解决不足，以增进我们对AMR的理解。
参考文献
- Wright GD. The antibiotic resistome: the nexus of chemical and genetic diversity. Nat Rev Microbiol. 2007;5(3):175-86.
- Alcock BP, Huynh W, Chalil R, Smith KW, Raphenya AR, Wlodarski MA, et al. CARD 2023: expanded curation, support for machine learning, and resistome prediction at the Comprehensive Antibiotic Resistance Database. Nucleic Acids Res. 2023;51(D1):D690-D9.
- Inda-Diaz JS, Lund D, Parras-Molto M, Johnning A, Bengtsson-Palme J, Kristiansson E. Latent antibiotic resistance genes are abundant, diverse, and mobile in human, animal, and environmental microbiomes. Microbiome. 2023;11(1):44.
- Dhindwal P, Thompson C, Kos D, Planedin K, Jain R, Jelinski M, et al. A neglected and emerging antimicrobial resistance gene encodes for a serine-dependent macrolide esterase. Proc Natl Acad Sci U S A. 2023;120(8):e2219827120.
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