【LorMe周刊】全球土壤耐药基因污染分布地图

作者首先探究了样本中可移动遗传元件（MGEs）的分布特征。样本中共检测到9种MGEs大类、157种亚类，平均丰度为55.26 ppm，优势MGEs为转座酶（图2A）。且MGEs与ARGs丰度具有显著正相关关系（P<0.001）。随后，作者探究了总体微生物群落特征。结果发现，细菌占据了总体微生物的98%，其中变形菌门和放线菌门为优势菌群（图2B）。最后通过溯源发现，携带ARGs或MGEs的微生物占总微生物群落的21% （图2C），且ARGs的主要携带者为临床病原菌和肠道微生物（大肠杆菌、肺炎杆菌和绿脓杆菌，图3）。

为了探究驱动土壤ARGs分布特征的因素，作者将所有环境因子整合为16个主成分。结果发现，ARG丰度主要受人类活动相关的主成分影响，主要表现为畜牧投入和农业生产等（图4A）。此外，ARGs丰度与大多数人类活动因素之间呈显著正相关。其中，畜禽生产为土壤ARGs丰度的最强驱动因素（P<0.01,图2B）。最后，作者通过结构方程模型展示了人类活动增多ARGs和MGEs宿主、进而增加土壤ARGs以及低温提升土壤养分、进而促进ARGs宿主增殖的两个潜在过程（图4D）。

图4 影响土壤ARGs丰度的因素

A. 人类活动主成分中各项对ARGs丰度的贡献度；B. 人类活动主成分中前8个因素对ARGs的影响; C. 人类活动主成分中后8个因素对ARGs的影响; D. 影响土壤ARGs丰度的结构方程模型。

作者基于效果最佳的随机森林算法来预测全球土壤ARGs丰度特征，构建了0.083°高分辨率的全球土壤ARGs分布图谱（图5）。结果发现，西欧（图5B）、东亚（图5C）、南亚（图5D）和美国东部（图5E）为ARGs的高丰度区域，都具有人口高度密集的特征。此外，相对高纬度地区（如北欧和新西兰），ARGs的标准化丰度也较高。

环境中ARGs的富集与传播严重威胁全球健康。据报道，土壤是ARGs的主要储库之一，且与一些临床病原菌存在潜在联系。因此，评估当前全球土壤ARGs分布特征、宿主情况及其驱动因素对于有效消减及预防耐药性具有重要意义。作者通过全球土壤宏基因组的大数据分析，发现农田土壤ARGs较高，临床病原菌和肠道微生物为其主要携带者，且受人类活动影响较大。最后，通过机器学习绘制了全球土壤ARGs分布图，为落实世界卫生组织微生物耐药性全球行动计划、控制土壤抗生素抗性基因的传播扩散提供了决策支撑。