重磅!哈尔滨工业大学(深圳)王爱杰/梁斌Nature Water丨失活抗生素抗性基因的环境双重角色!

抗生素耐药性（AMR）是全球公共卫生威胁，水环境作为连接人类、动物和环境的重要媒介，持续接收来自医院、制药厂和养殖业的抗生素残留、耐药菌和抗性基因（ARGs）。污水系统尤其为ARGs的富集和转移提供了理想条件。

与仅保护单个细胞的机制（如外排泵）不同，失活ARGs通过降低周围环境中生物活性抗生素浓度，重塑群落水平的AMR动态，既能威胁临床治疗有效性，又能作为合作性状降低局部抗生素浓度、缓解选择压力。

当前AMR风险评估框架主要强调抗性选择和基因传播，忽视了失活ARGs在塑造微生物群落AMR发展中的生态作用。阐明这些基因何时、何地以及如何平衡抗性扩增与选择压力衰减，对于制定抗生素管理、污水处理和环境AMR控制策略至关重要。

近日，哈尔滨工业大学(深圳)的王爱杰、梁斌和哥德堡大学的D. G. Joakim Larsson在Nature Water发表了题为"Neglected positive role of inactivating antibiotic resistance genes in the environment"的研究论文。

1. 揭示失活ARGs通过酶促反应（水解、氧化、还原、修饰）不可逆地消除抗生素活性，降低环境选择压力 2. 提出"集体抗性"概念，阐明失活ARGs作为"公共物品"保护群落中敏感菌株的生态机制 3. 辨析失活ARGs在环境耐药风险（传播至病原菌）与生态效益（维持群落稳定性）之间的悖论 4. 强调水环境作为ARGs富集与传播热点，失活ARGs通过减弱抗生素暴露增强生态系统恢复力 5. 提出针对性干预策略，旨在保护生态恢复力的同时限制病原菌中抗性发展

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水环境是抗菌药物耐药性（AMR）的关键来源和传播途径。复杂的水循环促进了通过人类活动释放的抗生素、耐药菌和抗性基因的传输，从而重塑不同环境区室中的AMR动态。

在这些抗性决定因子中，失活抗生素抗性基因（inactivating ARGs）编码能够降解或修饰抗生素以降低其生物活性的酶。它们在连接环境储库和临床风险方面发挥着复杂且双重的作用。

虽然水平转移至病原菌时会威胁抗生素治疗效果，但它们也作为合作性状降低局部生物活性抗生素浓度并缓解抗性选择压力。反过来，减少的抗生素暴露可以通过生态系统恢复力和群落保护，增强宿主相关和环境微生物组中的生态系统功能和稳定性。

失活ARGs代表了AMR挑战与微生物群落稳定性之间的关键交汇点。该研究讨论了失活ARGs的风险和生态效益，并提出了旨在保护生态恢复力同时限制病原菌抗性发展的干预策略。

📊 图文解读

图1 | 失活ARGs从分子机制到生态后果的双重作用，展示四类酶促反应（水解、氧化、还原、修饰）对抗生素的结构性破坏、临床层面的集体抗性风险，以及水循环连接人类-动物-环境耐药组的空间传播路径。

该图阐释了失活ARGs编码的酶通过水解（如β-内酰胺酶断裂β-内酰胺环）、氧化（如Tet(X)氧化四环素）、还原（如NfsB还原氯霉素）和基团转移修饰（如乙酰化、磷酸化）四种途径使抗生素失活。

clinically，这些基因不仅使携带者获得抗性，还可通过降低局部药物浓度产生"集体抗性"，保护群落中敏感病原菌；同时，水环境作为AMR热点，通过医疗、农业和养殖业的抗生素使用驱动抗性与降解性状的平行进化。

图2 | 失活ARGs在微生物群落中塑造抗生素抗性动态的机制，包括选择压力下的细胞表型分化、与非失活ARGs的时间动态差异、社区保护的公共物品属性、生态系统恢复力增强，以及临床风险与环境效益的多维决定因素。

该图展示了失活ARGs如何通过降低抗生素浓度创造"保护区域"，使敏感菌株在致死暴露下存活，体现为"公共物品"式的社区保护。与非失活ARGs（如外排泵）相比，失活ARGs能更快降低环境抗生素浓度，促进群落从选择压力中恢复并维持多样性。

图还对比了不同时间尺度下抗生素浓度与ARG丰度的动态关系，并列举了决定健康风险（如水平基因转移机制、系统发育距离）和环境重要性（如选择压力水平、携带者种群规模）的关键因素。

📝 总结

失活ARGs通过降低局部抗生素浓度创造"保护区域"，减弱群落层面的选择压力，使敏感细胞（包括"作弊者"）得以存活，并可能提高群落最低抑菌浓度。在结构化环境中，集体抗性可降低抗性谱系的选择系数，从而缓解微生物群落中ARGs的持续积累。

研究表明，向沉积物微宇宙引入降解菌（如Paenarthrobacter sp. R1）可减少ARGs富集和传播，这表明尽管失活ARGs可能在特定抗生素压力下被选择，但随后的抗生素去除能有效缓解ARGs的直接和共选择。

然而，这些群落层面效应的出现取决于多种相互作用因素，包括抗生素失活位置（胞外vs胞内）、酶效率、细胞密度和空间结构。在市政污水处理厂等高密度、结构化环境中，失活酶可作为公共物品稳定群落；

而在接收环境（如河流沉积物）中，间歇性输入和扩散限制可能改变其生态作用。将数学模型与跨区室（污水、污泥、沉积物）的抗生素和失活ARGs时间序列监测相结合，对于识别生态临界点、制定兼顾生态保护与抗性控制的有效AMR管理干预措施至关重要。

Neglected positive role of inactivating antibiotic resistance genes in the environment,Nature Water,2026,DOI:10.1038/s44221-026-00640-x

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