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　新冠病毒的爆發在全球造成超過一億人感染。在世界各國應對新冠疫情之際，生物學家和醫學界專家還為另一件事情擔憂著，那就是細菌產生的抗生素耐藥性。有很多人把這些細菌稱作“超級細菌”，它是全球公共衛生的定時炸彈。
　　抗生素是人類歷史上的一大福音，它幫助人類治療了很多細菌感染的疾病。但是在抗生素“大屠殺”后幸存下來的那一小撮細菌會進化和繁殖，這就是所謂的耐藥性。由于抗生素的過量使用，包括淋病、結核病和沙門氏菌在內的許多不同類型的細菌感染變得極難治療，有時甚至無法治療。
　　2020年6月，世界衛生組織WHO的總干事譚德塞也曾指出新型冠狀病毒疫情令抗生素的使用增加。前線醫生治療新冠病人時，為了防止病人有其他并發感染，會使用大量抗生素，從這個角度新冠疫情在某程度上使耐藥性問題更加嚴峻了。
　　在水中檢出抗藥性細菌已不是新鮮事。但正如此前大家擔心新冠病毒在污水中傳播的可能性一樣，大家也會擔心在不久的將來，污水會否成為這些超級細菌引起感染的爆發源頭。在本期的微信推送里，我們將帶大家一起來了解水環境中的抗微生物耐藥性問題。
　　
　　圖. 圖源: Kateryna Kon@Shutterstock
　　超級細菌的問題
　　抗生素的使用可以追溯到上世紀40年代，也就是青霉素誕生的那年。那本是劃時代的大事件——我們人類獲得了成功治療和控制細菌感染的能力。但是到了二十世紀50年代，我們就發現就抗生素抗性問題了。而到了今天，已經出現了不少對所有抗生素類別都有抗性的微生物。
　　
　　圖. 青霉素-二戰的神奇藥物 | 圖源：Photo12/UIG
　　一些實驗室測試顯示不易引起耐藥性的抗生素，情況也是如此。例如以前以為實驗室環境中很難誘導出萬古霉素耐藥性(vancomycin resistance)，但據報道指出，在臨床使用7年之后，凝固酶陰性球菌(coagulase-negative staphylococci-CoNS)已經有對萬古霉素的耐藥性。
　　抗生素耐藥性通常是由基因介導的，可以在細菌之間轉移。世界衛生組織已經發出警告，說這場危機可能會變得很可怕。以革蘭氏陽性病原體為例，耐青霉素酶的半合成青霉素-甲氧西林（Methicillin）在1959年應用于臨床后曾有效地控制了金黃色葡萄球菌（S. aureus）的感染。但是之后不久，英國學者Jevons就在1961年首次發現了耐甲氧西林金黃色葡萄球菌（MRSA）。如今，在美國死于MRSA感染的人數已經超過了艾滋病毒、帕金森病、肺氣腫和兇殺案的總和。
　　革蘭氏陰性菌被認為比革蘭氏陽性菌具有更高的威脅，因為它們對幾乎所有可用的抗生素都產生了抗藥性。這些著名的革蘭氏陰性病原體包括腸桿菌科（包括大腸桿菌、沙門氏菌和克雷伯菌）、銅綠假單胞菌和不動桿菌。特別令人擔憂的是科學家發現多種大腸桿菌能產生超廣譜β-內酰胺酶，它能使所有β-內酰胺抗生素無效。
　　
　　圖. ESBL耐藥腸桿菌 | 圖源：benvitalisgreenvision
　　污水會傳播抗生素耐藥性嗎？
　　抗生素抗性細菌存在于許多不同的環境中，包括人體腸道。那么是否有抗藥性細菌進入污水系統呢？
　　芬蘭赫爾辛基大學的Stefanie He?等人曾調查過飛機污水中是否存在耐藥性細菌，他們的研究結果發表于2019年的期刊Environmental Science & Technology里。研究人員從五個機場的污水罐采集樣品，并對有連接機場廢水和沒有連接機場廢水的污水廠進行取樣。
　　該研究團隊使用了宏基因組測序，對提取的全部DNA進行測序，然后與抗生素抗性基因數據庫進行匹配，并對14種選定的抗生素抗性基因進行定量PCR分析(qPCR)。因為目前各地和大腸桿菌相關的抗生素耐藥性水平較高，因此他們以大腸桿菌作為指示生物，并選擇性地為其培養樣品。
　　研究團隊對抗生素抗藥性基因的多樣性進行計算，方法是算出每1000份16S rRNA基因中發現的抗生素抗性基因的數量。結果顯示，飛機污水的抗生素抗性基因的多樣性明顯高于污水處理廠的進水。根據得到的14種抗生素抗性基因的相對豐度數據，他們發現飛機廢水中四環素(tetracyclines)、氨基糖苷類(aminoglycosides)和大環內酯類(macrolides)耐藥性的基因明顯豐富。對分離的大腸桿菌的分析也顯示，飛機廢水的耐藥性高于市政廢水——飛機廢水樣品分離的大腸桿菌對第三代頭孢菌素(cephalosporins)，氟喹諾酮類藥物(fluoroquinolones)和氨基糖苷類藥物(aminoglycosides)的綜合耐藥性更高。
　　
　　圖. 飛機污水加速了全球抗生素耐藥性的擴散？| 圖源：popularmechanics
　　這個研究結果還是讓人十分擔憂的，因為它意味著那些高頻耐藥性細菌可以通過現在各種便捷的交通工具傳到世界各地。
　　跟蹤監測利器
　　與其坐以待斃，不如主動出擊。既然能在污水中檢出抗生素耐藥性，我們能不能利用污水來判斷一個城市的環境的抗生素耐藥性程度呢？
　　丹麥技術大學的Rene Hendriksen等人在2019年做了這樣的一個研究。研究團隊從60個國家地區的79個地方收集了未經處理的污水樣品，從中提取DNA后進行宏基因組分析，然后與抗生素抗性基因數據庫進行比對。
　　團隊發現抗生素抗性基因的豐度和多樣性顯示出地域差異，他們認為這和社會經濟地位，醫療體系以及其他環境因素等密切相關。他們還對全球259個國家地區的抗微生物耐藥性(Antimicrobial Resistance, AMR)進行了預測，如下圖所示，發展中國家的AMR豐度更高（藍色更深）。
　　
　　研究團隊認為這表明在更好的衛生條件和醫療保健系統在抵抗抗生素抗性細菌的傳播中發揮重要作用。他們建議對污水進行宏數據分析，通過對污水的全球性的連續監測，建立一套對AMR的預測防控體系，并將它發展成一個人們從倫理上能接受，而且經濟上可行的方法。