死亡无法阻止土壤中抗生素耐药性的传播

2022-04-27 08:55:54 来源：科普中国

译者按：你知道吗？细菌的死亡，并不等同于细菌所承载的DNA死亡！细菌死亡后，它像僵尸电影中的僵尸，依然在土壤中刷存在感。而它所承载的DNA仍可在土壤中游移和传播。死亡的细菌并不能阻止土壤中抗生素耐药性的传播。原因在于，细菌的死亡温度与DNA的死亡温度并不相同。这对于农业发展具有相当重要的指导意义。中国生物多样性保护与绿色发展基金会（简称中国绿发会、绿会）长期致力于生物多样性保护与推动经济绿色发展，非常关注滥用抗生素对环境和人体产生的影响。在国内开启“无抗”绿色发展新时期之际，加入了全国无抗产业科技创新联盟。中国绿发会同一健康工作组从世界知名期刊获悉，密歇根州立大学（Michigan State University）的一项研究发现，死亡并不能阻止土壤中抗生素耐药性的传播。现将相关研究整理发布如下，供感兴趣的朋友参考和了解。

死去的细菌仍可在土地中刷存在感。由密歇根州立大学综合生物学家主导的一项新研究表明，这可能对农场的抗生素耐药性产生重大影响。这项研究的结果发表在3月24日《应用与环境微生物学》（Applied and Environmental Microbiology）杂志上。

世界卫生组织认为，抗生素耐药性是粮食安全所面临的最大威胁之一。那些能逃避抗生素治疗的传染性细菌构成了对牲畜、食品工业和公众福祉的巨大威胁。

密歇根州立大学自然科学、生态、进化和行为项目的副教授莎拉·埃文斯（Sarah Evans）指出：“在医学界之外，抗生素耐药性没有得到应有的迫切讨论。我们认为，这一过程——土壤中抗生素耐药性的传播过程，需要进行更多研究。”

所以埃文斯和他的团队选取了一个更近的视角来研究这一传播过程：

在土壤中，死细菌的DNA如何将抗生素耐药性传递给活细菌呢？为了更好地理解这个过程，该团队也在寻求阻止这一传递的方法。

埃文斯实验室的博士生——希瑟·基特雷奇（Heather Kittredge,）领导了这项研究。他指出：“人们对活细菌有很多想法。或许，我们也应考虑死去的细菌。死细菌有超越死亡的生物活动。”

这个想法也许听起来像出自僵尸电影。然而，它是进化过程中一个已确定且普遍存在的部分，尽管这一点鲜为人知。这是水平基因转移的一个例子。在这种转移中，基因更多地被传递而不是消亡。

当细菌死亡时，它们会破裂并留下DNA。这让活细菌能够收集这些基因并使其发挥作用。例如，如果一个死亡的细菌碰巧含有导致抗生素耐药性的基因，那么一个活的微生物可以将这些基因捕获并获得它们的能力。

微生物学家广泛研究了皮氏培养皿中的遗传学和细菌，以了解抗生素耐药性传播的方式。但人们对这一传播过程在自然界，尤其是在土壤中的表现知之甚少。在土壤中，抗生素耐药性病原体会不断发展，最终对人类健康造成严重破坏。

基特雷奇现为康涅狄格大学（University of Connecticut）博士后研究员。他谈道：“土壤仍有点像一个黑匣子。我们想知道这种情况在野外是如何发生的，是什么因素造成的，以及我们能为此做些什么。”

为了解这一切，斯巴达斯县（Spartans）有人在W.K.凯洛格生物站（W. K. Kellogg Biological Station）周围收集了土壤样本。埃文斯也是该站教员。他们对土壤进行了消毒，并将斯图泽里假单胞菌（Pseudomonas stutzeri）的活细胞和具有抗生素耐药性的斯氏疟原虫的DNA混合在一起。然后，他们可以观察活细胞在不同条件下结合DNA的频率。

他们发现，即使在低浓度下，活细菌也能整合DNA。在整个15天的实验过程中，活细胞持续不断地提取DNA。基特雷奇补充道，但已知的是，DNA在土壤中的存活时间比这还要长。

研究成果表明: 总的来说，这项研究表明，死亡细菌也是一条被忽视的抗生素耐药性传播途径。研究人员还指出，当活细胞离死细胞更近时，它们更有可能整合死细胞的DNA，这并不奇怪。活细胞需要接触DNA才能收集它。然而，这里，令人惊讶的是土壤湿度的作用。尽管活细胞在一系列真实的湿度水平下收集DNA，但它们在稍微干燥的环境里收集效率更高。但细菌在潮湿土壤中流动性更强，这可能会增加它们遇到DNA的可能性。

基特雷奇指出：“它们在更高的湿度下也会以更高的速度生长。因此，当它们生长得最多时，并不等于它们的基因转移率最高。”

那么，为什么流动性更强、产量更高的细菌不能更好地拾取基因呢？这是该团队想要调查的问题，部分原因是了解它，可能会带来减缓基因转移的机会。然而，这项研究已经为阻止农业中抗生素耐药性基因的水平转移提供了思路。例如，牲畜粪便被用作种植粮食作物的农田肥料。为了帮助对抗抗生素耐药性，粪便通常经过热处理以杀死所有细菌。

基特雷奇继续说：“但是细菌死亡的温度和DNA被破坏的温度是不同的。提高温度处理以降解DNA可能会有很大的帮助。”这项工作还可以应用于帮助研究人员促进有益基因的转移。

原文参看：https://phys.org/news/2022-04-soil-death-doesnt-antibiotic-resistance.html

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整理：Daisy

审核：Divad

关键词：密歇根州立大学全球环境基因转移