青海湖候鸟与其栖息地生态因子细菌耐药性调查及关联性研究

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为对候鸟源细菌进行耐药性调查及探究其与栖息地生态因子的关联性,本研究采集2019年青海湖候鸟栖息地候鸟粪便及各生态因子样本(牛羊粪便、土壤及水体样本),结合宏基因组学、高通量荧光定量PCR技术及传统分菌检测技术优势,对各类样本的微生物群落结构及耐药基因分布情况进行分析。并通过Spearman相关性分析、Network分析和主成分分析等方法分析各类样本耐药基因与菌群结构的关联性以及不同来源样品间耐药基因的关联性,为候鸟耐药基因的溯源与传播提供理论指导。宏基因组测序结果揭示了候鸟及各生态因子的微生物群落结构及耐药组。结果显示,候鸟肠道菌群结构与牛羊及水土环境菌群结构具有较大差异,且候鸟样本中的菌群多样性较低于牛羊样本,极显著低于环境样本(P<0.01)。但是,候鸟样本中肠杆菌科细菌的相对丰度明显高于其他类别。微生物溯源分析结果表明,候鸟肠道菌群中有40.05%可能来源于牛,8.37%来源于羊,而2.15%来源于土壤环境。候鸟及各生态因子的耐药组比较分析结果表明,虽然候鸟在属水平的菌群多样性较低,但其耐药基因多样性却高于各类生态因子,包括临床常见的14种耐药基因种类。值得注意的是,多重耐药类耐药基因在各类样本均有较高的相对丰度,其主要耐药机制为外排泵相关基因的表达。为了进一步对各样本耐药基因分布及丰度情况进行探究,选取常见耐药基因对各样本进行高通量荧光定量PCR(HT-qPCR)检测。结果显示候鸟样本中常见耐药基因种类丰富度高于各生态因子样本,检出包括bla NDM、bla CTX-M、bla SHV等宏基因组测序未注释到的耐药基因。候鸟样本常见耐药基因总丰度水平极显著低于土壤及牛粪样本(P<0.01),其中各类样本常见耐药基因丰度差异显著的类别为β-内酰胺类、四环素类、喹诺酮类及万古霉素类耐药基因。值得注意的是,碳青霉烯类耐药基因bla NDM在候鸟及各生态因子样本中均有较高的检出率。候鸟样本中的常见耐药基因与牛羊及水土环境均有着极显著的相关性,并与环境样本耐药基因的相关性更高(Spearman’s r>0.6,P<0.01)。各类样本中常见耐药基因的传播与可移动元件Inlt1、Tp614、IS613、ISApl1及转座酶类基因有极显著的相关性(Spearman’s r>0.3,P<0.01)。结合常见耐药基因与菌群结构进行关联性分析,发现add A5、arm A、bcr B、bla CMY、bla IMP、bla OXA-1/30、bla VIM、drf A12、tet C、tet M、tet X3、van A耐药基因在各个样本中存在共有相关菌(Spearman’s r>0.7,P<0.05),表明上述耐药基因可能通过关联菌在各样本中进行传播。菌株药敏试验及耐药基因检测发现3株携带有bla NDM-5的碳青霉烯耐药霍氏肠杆菌。3株霍氏肠杆菌为来自不同候鸟样本的克隆株,MLST型为ST63。二代测序结果表明,该菌为携带有bla CTX-M-55、bla TEM-1、bla NDM-5的多重耐药菌株,其中bla CTX-M-55位于IncHI2质粒,bla NDM-5位于IncX3质粒。说明候鸟所携带耐药基因存在垂直传播,并有水平传播的风险。结合宏基因组测序、HT-qPCR及分菌检测技术,较为全面立体地描述了候鸟及其栖息地各生态因子耐药性情况及候鸟与各生态因子间的关联性。候鸟作为野生动物的一员,其携带有包括临床重要耐药基因在内的多种耐药基因,虽丰度较低但仍具有传播风险,并且候鸟栖息地各生态因子对候鸟的菌群及耐药基因均有一定的影响。
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