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河口水体为海洋与来自大陆地区的河流交汇，水体成分变化较剧烈，具有独特的生态系统。河口水与人群生活密切相关，是一些自然菌群和病原菌的富集区域，并随盐度等环境因子的变化、也会存在适应菌群构成的变化。随着城市化、工业化和水产养殖业的兴起，河口水体也正经历着巨大的变化，其中与人群健康相关的，是要关注大量具有稳定生物学活性的抗生素通过河流在河口地区积累，以及城市排污带来的病原体的聚集。耐药细菌携带的抗生素抗性基因（ARGs）在环境中抗生素存留压力下，也会发生活跃的水平转移、以及存在由环境细菌转移至致病细菌的风险，进一步威胁人群健康。检测和分析河口环境中的ARGs和可移动遗传元件（MGEs）的种类、数量和动态分布，具有环境风险评价和预警的公共卫生价值。广州珠江河口地区代表着高度密集的城市化和工业化地区，珠江水系流经各个城市后汇集于珠江口，由于其独特的地理位置，可能形成ARGs的汇聚“池”。
细菌是自然生态系统中种类和数量最多的生物，对环境变化及其敏感。特别是在河口环境中，细菌的时空多样性、生物活性、群落结构和分布都受到诸多因素的影响。其中，盐度被认为是最重要的因素之一。由于抗生素的长期不科学使用，使得环境中抗生素压力下，通过细菌间水平和垂直转移使环境细菌普遍获得了一定的抗生素抗性。
图1 本文主要研究方法与结果
为揭示珠江口水体中环境细菌、病原细菌、耐药基因及移动因子的分布特征、尤其随盐度变化而存在的适应性构成改变，阚飙研究员课题组于2021年在广州珠江口区域、设计了自河流淡水区至海洋咸水区的连续样本采集策略，对样本进行了微生物组的16S rRNA基因全长测序和宏基因组测序，同时进行了包括总氮、总磷、总盐、总有机碳和悬浮物等水体理化指标的检测（图1）。结果显示随着河口水体盐度的上升，变形菌门逐渐被蓝藻菌门所取代。河口环境从上游至下游经历了富营养化、低盐环境至低营养、高盐环境的变化，这种改变显著影响了细菌群落的组成和结构，而中等水平的营养和盐度环境造就了细菌群落最高的α多样性。同时研究发现，在不同盐度梯度下，环境因子对细菌的影响是复杂的。不同盐度下同一种属的细菌对同一种环境因子也可表现出不同的相关性（图2）。
图2 淡水区（a）、咸淡水区（b）、咸水区（c）中环境因子总氮（TN）、总盐（TS）、总有机碳（TOC）和悬浮物（SS）与细菌的相关性分析，结果显示环境因子与细菌在不同盐度水域中的相关性各异。
为全面了解盐度与微生物的相关性，根据Spearman检验对微生物相对丰度和盐度进行分析及展示（图3）。结果显示门水平得到的相关性结果可以很好的表征门下各级（属或种）水平细菌与盐度之间的关系。但对于部分丰度较低、分布不均的微生物，同门中的不同属或种水平的细菌与盐度的关系呈现异质性。
图3 各级微生物（门水平至种水平）与盐度的相关性分析，结果表明对于高丰度物种，门水平内的各微生物与盐度的相关性具有很好的同质性。
耐药基因及可移动基因成分在淡水区表现出最高的多样性和丰度，并随着盐分的升高而逐渐降低。α-变形杆菌和β-变形杆菌等潜在致病细菌携带了大量的ARGs。多耐药基因是珠江口河水中丰度和多样性最高的ARGs类型。研究显示ARGs沿珠江口分布的变化，也是与不同区段浮游细菌的种属变化相关联的，宿主菌的变化也造成了耐药基因种类的变化。
图4 细菌中ARGs与水平和垂直传播的相关性分析，结果表明水平基因转移是ARGs主要的传播模式。
研究中重点比较了珠江河口区域中ARGs扩散时水平和垂直传播的相对贡献。Mantel和普氏分析表明（图4a，b），细菌群落中ARGs的扩散主要是由MGE介导的水平基因转移所贡献的，而不是垂直基因传递。为了进一步分析ARGs与MGEs之间的关系，该研究基于O2PLS方法，对ARGs和MGEs的丰度数据进行建模，去除正交部分和噪声部分后得到了他们之间最具有相关性的基因（图4c），以Spearman检验分析他们之间的相关性。结果表明，19个MGE亚型(如IscR1、Iscr-orf513、IS26、ISBf10、Incp和Int2)是ARG的主要贡献者。
该项研究通过在珠江口从淡水到海水的连续设点采样，将沿河口连续快速变化的环境因子、浮游细菌群落、耐药基因和毒力相关基因、可移动遗传元件的多维度数据进行了整合分析，展示了多因素分别及综合对细菌群落、病原菌、耐药基因分布的复杂作用，观察到的高丰度ARGs和潜在抗生素抗性致病菌，会对河口和海洋生态系统以及人类公共健康构成一定的威胁。同时该研究也为进一步探索环境与细菌复杂的相互作用、以及ARGs等在环境中的主要扩散传播模式提供了有价值的基础认识和参考。以上研究以Metagenomic profiles of planktonic bacteria and resistome along a salinity gradient in the Pearl River Estuary, South China为题发表于2023年的Science of The Total Environment（为JCR分区中环境科学与生态学Q1区期刊，影响因子10.754）杂志上，中国疾病预防控制中心传染病所博士生范宇峰为文章第一作者，阚飙、卢昕研究员为责任作者，李臻鹏、赵文轩、卢盼、李哲参与了工作，广东省疾控中心李柏生、柯碧霞以及香港大学张彤教授也分别参与了采样、讨论分析。
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