抗生素是医学史上最伟大的成就之一，但这些挽救生命的工具也有其阴暗面。它们的持续使用可能会产生“超级细菌”——对人类、动物和环境构成威胁的耐药性微生物。
在一项前所未有的试点项目中，来自联合国粮食及农业组织（FAO）、印度尼西亚农业部以及亚利桑那州立大学（ASU）的研究人员测试了一种手持DNA测序设备在印度尼西亚国家抗生素耐药性监测系统中的应用。该项目覆盖了大雅加达地区的六家鸡肉屠宰场，并从废水和周边河流中采集了样本。
目标是确定便携式DNA测序是否能够改进国家追踪耐药性大肠杆菌的努力，而耐药性大肠杆菌是抗生素耐药性的重要指标。研究发现，屠宰场废水中的耐药菌可能正在进入附近的河流。在许多情况下，下游地点的耐药性大肠杆菌水平高于上游，这表明耐药性可能通过动物废物扩散到环境中。
然而，这项研究也展示了便携式DNA测序如何加强国家监测工作——使其更容易检测抗生素耐药性的热点区域，并为减少其传播提供更具针对性且成本效益更高的解决方案。耐药性大肠杆菌菌株可引发一系列疾病，包括腹泻，尤其是对儿童、老年人和免疫力低下的人群而言。
“在某些情况下，腹泻不仅仅是不舒服——它是致命的，”资深作者李·沃斯-盖德特（Lee Voth-Gaeddert）表示。他是亚利桑那州立大学生物设计中心微生物组健康研究团队的研究员，与其生物设计研究所的同事和国际合作者共同参与了这项研究。
这种移动测序方法可以扩展到农场和湿市场，或用于追踪其他病原体，如禽流感。该研究发表在《抗生素》期刊上。
将实验室测试带到前线
抗生素耐药性是一个日益严重的全球危机。当细菌进化到能够抵抗原本用于杀死它们的药物时，这种情况就会发生。如果人们感染了这些细菌，常规抗生素将无效。仅在2021年，抗生素耐药性就与近500万例死亡相关，预计到2050年这一数字将翻倍。
传统的监测依赖于基于培养的技术，需要将样本运送到实验室。对于像印度尼西亚这样拥有超过14,000个岛屿的国家来说，这是一个挑战。
新项目测试了一种名为MinION的设备，它利用便携式纳米孔DNA测序技术快速分析采集点的遗传物质。该设备小巧到可以放在手掌中，并由笔记本电脑供电，其结果与高成本实验室系统的输出相当。
该项目监测了一种对广泛抗生素具有耐药性的细菌菌株，该菌株被美国疾病控制与预防中心（CDC）认定为重大威胁。这种大肠杆菌通常被用作检测其他危险耐药菌存在和传播的指标。
“这不是最可怕的菌株，但它确实被列入了CDC的关注病原体名单，”沃斯-盖德特说道，他同时也是朱莉·安·里格利全球未来实验室（Julie Ann Wrigley Global Futures Laboratory）的高级全球未来科学家。“我们经常将其作为抗生素耐药性的主要指标。”
样本取自屠宰场废水以及上下游河流地点。大多数在废水中发现的大肠杆菌都具有耐药性，而在下游而非上游发现了相同的耐药模式，这表明屠宰场废物可能是源头。
“这并不令人意外，”沃斯-盖德特说。“许多屠宰场直接建在河边。屠宰过程需要水，但也使废物处理更加容易——尤其是液态废物。”
不同的废物处理方式和风险
研究记录了不同设施在废物管理方面的巨大差异。一些设施有处理系统，而另一些则未经处理直接排放废物。
尽管研究人员没有评估这些处理系统的有效性，但他们发现在经过处理和未经处理的样本中均存在耐药菌。这不仅引发了对基础设施差距的担忧，还引发了对现有系统维护、监管和监督的担忧。
根据最近的一项研究，家庭、医院和农业径流产生的废水是河流中抗生素残留的主要来源——尤其是在东南亚。当抗生素残留在环境中时，会创造条件让细菌发展出新的抗性机制，使得高质量的监测变得更加迫切。
为了更好地了解风险，研究团队不仅识别了细菌，还对其遗传物质进行了测序。他们发现的许多耐药基因位于质粒上——这些小型可移动的DNA片段可以在细菌之间传递并跨物种传播抗性。
使用MinION设备，研究人员识别了这些基因以及毒力因子和特定细菌菌株，与传统实验室方法相比，准确率高达100%。研究结果表明，即使在非顶尖研究环境中，高分辨率基因组监测也是可行的。
“同一健康”框架下的多领域合作
该项目植根于“同一健康”（One Health）框架，该框架认识到人类、动物和环境健康之间的深刻联系。
“如果我们只用狭窄的视角看待问题，就会错过很多控制抗生素耐药性传播的关键点，”沃斯-盖德特说。“这里有很多机会。这就是为什么推动‘同一健康’理念如此重要。”
印度尼西亚的环境多样性和在抗生素耐药性监测方面的经验使其成为试点新工具的理想地点。但随着抗生素耐药性跨越国界和生态系统传播，这些见解具有全球意义。
像MinION这样快速、经济实惠且本地可用的工具可能会显著推进我们追踪和控制多种微生物威胁的能力。
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