華東師范大學教授劉敏團隊利用土壤宏基因組大數據，繪成首張全球土壤抗生素抗性基因分布圖，識別了全球土壤微生物耐藥性熱點區域，揭示了全球土壤微生物耐藥性的地理格局及其驅動機制，為落實世界衛生組織微生物耐藥性全球行動計劃、控制土壤抗生素抗性基因的傳播擴散提供了決策支撐。11月16日，相關研究在《科學進展》發表。
抗生素的大量使用使微生物體內編碼抗生素抗性的基因在環境中選擇性富集，致病菌通過基因突變或者水平基因轉移獲得抗生素抗性基因后，導致抗生素失效、治療時間延長、病死率升高，對人類與動物健康構成了嚴峻挑戰，因此抗生素與抗生素抗性基因被視為新型污染物。
2011 年，世界衛生組織發出“遏制耐藥——今天不采取行動，明天就無藥可用”的警告，并于 2015 年發起微生物耐藥性全球行動計劃，旨在通過多國跨部門的聯合行動控制微生物耐藥性的傳播擴散。
劉敏在指導團隊研究生 受訪者供圖
然而全球土壤抗生素抗性基因有著怎樣的空間分布？什么因素驅動著土壤微生物耐藥性的地理格局？目前尚不清楚，這嚴重制約了對大尺度土壤微生物耐藥性的理解以及對土壤微生物耐藥性的有效控制。
劉敏團隊基于土壤宏基因組大數據注釋了全球土壤環境的抗生素抗性基因，發現全球農業土壤的抗生素抗性基因豐度顯著高于非農業土壤，多重耐藥抗性基因是主導的土壤抗生素抗性基因類型。
準確識別微生物宿主是理解土壤微生物耐藥水平的關鍵，研究團隊對攜帶抗生素抗性基因的基因序列進行了微生物注釋，發現抗生素抗性基因主要由腸道微生物和病原菌攜帶。進一步分析表明，人類活動可能通過污泥農用和糞肥施用引入腸道微生物和病原菌增加土壤抗生素抗性基因豐度；土壤理化性質、溫度和降水等地理要素也可通過調節病原菌和腸道微生物的生長繁殖間接驅動土壤微生物耐藥性水平。
研究團隊利用機器學習首次繪制了全球土壤抗生素抗性基因豐度分布圖，發現全球土壤微生物耐藥性熱點區域主要位于美國東部、歐洲西部、南亞和東亞等人口密集、農牧業發達的地區。據此，研究團隊提出，需要通過削減抗生素使用、減少污水灌溉與糞肥施用，重點控制上述人口密集、農牧業發達地區的土壤微生物耐藥性水平。
新污染物，是一類對生態系統與公共健康具有潛在風險和危害的污染物，治理難度大、排放清單缺失以及環境數據匱乏。隨著新污染物生產、使用和輸入的不斷加大，新污染物已成為當今人類面臨的重大環境問題和巨大挑戰。
今年5月24日，國務院正式頒發《新污染物治理行動方案》，并首次確定包含抗生素在內的14種優控新污染物。劉敏團隊多年來一直聚焦新污染物的多尺度多介質機理與過程模擬，推進環境地理大數據研究。
“這項研究工作基于大數據挖掘和環境地理學視角，引領了大尺度土壤微生物耐藥性研究方向。”劉敏說，“研究成果對聯合國可持續發展目標3——良好健康與福祉，具有重要現實意義，為落實世界衛生組織微生物耐藥性全球行動計劃和國務院《新污染物治理行動方案》提供了決策依據。”
相關論文信息：https://doi.org/10.1126/sciadv.abq8015