抗生素耐药性已被公认为是 21 世纪最严峻的公共卫生挑战之一。如今，一项新的研究显示，即使是在土壤、河流、废水以及农业排放物中常见的极少量抗生素，也可能显著加速细菌中抗生素耐药基因的传播。

这项研究发表在《生物污染物》杂志上，旨在探究环境中发现的四种常见抗生素如何影响细菌的垂直和水平基因转移，这是细菌传递抗药性的两大主要途径。研究团队对四环素、氨苄青霉素、卡那霉素和链霉素进行了检测，其浓度范围从极低的环境水平到低于抑制水平不等。这些浓度通常在河流、农田土壤、牲畜养殖场和医院废水等环境中被检测到。

科学家们建立了三个实验模型，以探究耐药性是如何传播的。第一个模型侧重于垂直基因转移，即基因从亲代细胞传递给其子代细胞。另外两个模型则研究了水平基因转移，包括不同细菌菌株之间的接合以及细菌从周围环境中吸收游离 DNA 的转化过程。

研究结果表明，与环境相关的抗生素浓度能够稳定现有的抗药性，并且还能促进新的抗药性特征的形成。在垂直基因转移实验中，除了四环素之外的三种抗生素类型帮助耐药细菌在暴露十天后保持稳定的抗药性。研究小组发现，某些菌株甚至对其他抗生素产生了交叉抗药性。数学模拟支持了实验结果，并预测耐药细菌群体将在更长的时间尺度上继续增长并持续存在。

对水平基因转移的影响更是显著。即使是在极低浓度（低至每升 0.005 毫克）的抗生素作用下，也能显著提高细菌菌株之间接合的频率和效率。具体而言，不同抗生素的作用下，接合子的数量增加了五倍以上。在转化实验中也观察到了类似的增强效果，即携带外源抗性质粒的细菌数量增加了约 2.7 倍。

为了了解其背后的生物学机制，研究人员对活性氧物质、细胞膜通透性、能量水平以及基因表达等方面的变化进行了测量。他们发现，低剂量的抗生素会增加氧化应激，并以某种方式改变细胞膜结构，从而使细胞更易于进行遗传物质的交换。抗生素还激活了与应激反应、膜运输和DNA修复相关的基因，这些基因是基因转移的关键调节因子。同时，细胞内 ATP 的增加为遗传交换过程提供了额外的能量。

综合来看，这些研究结果表明，即使是极少量的抗生素污染也可能加剧自然和人工生态系统中抗生素耐药性的传播。该研究强调了加强抗生素使用管理、控制向环境排放以及重新评估废水处理措施的重要性。

作者指出，他们的研究结果强调了对农业、临床和城市环境中抗生素残留进行长期监测的必要性。他们还建议在未来的微生物风险评估中纳入与环境相关的抗生素浓度。由于抗生素耐药性对全球健康构成的威胁持续存在，了解耐药基因在临床环境之外的传播方式对于制定有效的缓解策略至关重要。

来源：
沈阳农业大学

参考文献：
王 Y、刘 Y、杨 J、耿 M、贾 H 等人。2025 年。在环境相关浓度下的抗生素能够通过垂直和水平基因转移促进抗生素耐药性的传播。《生物污染物》。doi： 10.48130/biocontam-0025-0005 。https://www.maxapress.com/article/doi/10.48130/biocontam-0025-0005

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