寵物貓可能塑造人類腸道中的抗生素耐藥性和益生菌

寵物貓——伴侶——耐藥性

寵物可以為人類的身心健康做出貢獻(xiàn)，它們通常與主人生活得很親密，有時(shí)甚至睡一張床。然而，寵物與其主人之間的密切接觸所帶來的潛在生物安全風(fēng)險(xiǎn)常常被忽視。狗和貓是很受歡迎的寵物，也是人畜共患感染的重要來源。

研究表明，寵物狗和貓可攜帶多種人類相關(guān)病原體和多種多重耐藥細(xì)菌，包括耐甲氧西林金黃色葡萄球菌和耐β-內(nèi)酰胺類抗生素的腸桿菌科細(xì)菌。

這些耐抗生素微生物可能通過直接接觸、體外寄生蟲和氣溶膠從寵物傳給人類。特別是弱勢(shì)群體，包括免疫功能低下的老年人和嬰兒，可能面臨更大的風(fēng)險(xiǎn)。

而且，隨著寵物數(shù)量的不斷增加，抗生素使用在寵物臨床會(huì)診中的使用也變得更加普遍。抗生素使用不當(dāng)可能會(huì)促進(jìn)抗生素耐藥性。

例如：頭孢維星是一種半合成三代長效頭孢菌素，用于犬貓的皮下注射，已在動(dòng)物臨床中廣泛使用。在體外，頭孢維星對(duì)犬貓皮膚病、尿路和牙周感染相關(guān)的革蘭氏陽性菌和革蘭氏陰性菌（需氧菌和厭氧菌）均有作用。頭孢維星對(duì)犬貓的臨床療效和安全性在尿路感染、膿腫和傷口感染以及犬萊姆病中得到證實(shí)。

但是這種長效抗生素的主要風(fēng)險(xiǎn)之一是發(fā)生抗生素的耐藥性和造成共生菌群的紊亂。據(jù)報(bào)道，健康犬在使用頭孢維星治療后，糞大腸埃希菌更容易發(fā)生β-內(nèi)酰胺類的耐藥性。其他抗生素對(duì)患者腸道菌群和耐藥性的潛在不利影響，需要進(jìn)一步的研究確定。

這些強(qiáng)調(diào)了寵物中抗生素耐藥性風(fēng)險(xiǎn)不容忽視的事實(shí)。

近日，華南農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物科學(xué)學(xué)院團(tuán)隊(duì)發(fā)表在《Microbiome》上的一篇研究成果揭示了這方面的影響和給出初步結(jié)論。

研究發(fā)現(xiàn)：

貓腸道中細(xì)菌群落的組成和多樣性與人類腸道中的細(xì)菌群落存在差異。

貓腸道中抗生素抗性基因(ARG)的α和β多樣性與人類腸道中存在差異，并且貓腸道中ARG的豐度高于人類腸道中的豐度。

貓腸道和人類腸道中的核心ARG宿主都是腸桿菌科細(xì)菌，并且這些核心ARG宿主與生活環(huán)境和人類腸道中的不同細(xì)菌之間存在水平基因轉(zhuǎn)移的風(fēng)險(xiǎn)。

水平基因轉(zhuǎn)移(HGT)在細(xì)菌中抗生素抗性基因的傳播中發(fā)揮重要作用?？股乜剐曰蚴菫?/span>細(xì)菌提供生存能力并抵抗抗生素作用的基因。HGT允許這些抗性基因在不同細(xì)菌物種之間轉(zhuǎn)移，甚至不密切相關(guān)的細(xì)菌物種。

抗生素抗性基因可以通過多種機(jī)制水平轉(zhuǎn)移，包括接合、轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)導(dǎo)。接合涉及通過細(xì)菌細(xì)胞之間的物理連接直接轉(zhuǎn)移遺傳物質(zhì)，通常是抗生素抗性基因傳播的主要機(jī)制。在此過程中，攜帶抗性基因的質(zhì)粒可以從供體細(xì)菌轉(zhuǎn)移到受體細(xì)菌。

·             其中一類容易獲得抗生素耐藥性的細(xì)菌是革蘭氏陰性菌，如大腸桿菌、克雷伯菌、沙門氏菌等。轉(zhuǎn)移機(jī)制包括共軛傳遞和自由DNA的吸收。

·             另一類容易獲得抗生素耐藥性的細(xì)菌是革蘭氏陽性菌，如金黃色葡萄球菌、肺炎鏈球菌等。這些細(xì)菌通常通過自由DNA的吸收來獲得外源基因。

抗生素抗性基因的HGT，可以發(fā)生在各種環(huán)境中，包括醫(yī)院、農(nóng)場(chǎng)和自然生態(tài)系統(tǒng)?？股氐?/span>過度使用和濫用、細(xì)菌群體密度高以及移動(dòng)遺傳元件（例如質(zhì)粒和轉(zhuǎn)座子）的存在等因素導(dǎo)致 HGT 可能性增加。

通過 HGT 傳播抗生素耐藥性對(duì)細(xì)菌感染的治療提出了重大挑戰(zhàn)。它使細(xì)菌同時(shí)獲得對(duì)多種抗生素的耐藥性，使其難以。

可以假設(shè)，貓腸道中的這些核心抗生素抗性基因（ARG）宿主可以作為瞬時(shí)細(xì)菌通過不同途徑進(jìn)入人類腸道，并通過基因轉(zhuǎn)移進(jìn)一步改變主人腸道的耐藥組。

令人擔(dān)憂的是，本研究確定的核心ARG宿主腸桿菌科細(xì)菌，還包括人類腸道常見的病原菌如大腸桿菌、沙門氏菌、志賀氏菌等致病菌，可能帶來更復(fù)雜的抗生素耐藥性和致病性風(fēng)險(xiǎn)。一起來詳細(xì)了解一下。

01

方法和樣本

樣 本

團(tuán)隊(duì)從2020 年 8 月從中國廣州的 30 只寵物貓和 30 名志愿者采集了共計(jì)60份腸道糞便， 選擇其中一位貓主人的生活環(huán)境采集了養(yǎng)貓環(huán)境的樣本，包括客廳、餐廳、陽臺(tái)、小臥室、中臥室、大臥室、貓砂（位于衛(wèi)生間）等區(qū)域菌群，持續(xù)采樣共計(jì)得到35個(gè)混合樣本生活環(huán)境。然后進(jìn)行宏基因組測(cè)序，每個(gè)樣本獲得6~8G的原始數(shù)據(jù)。

方 法

下載、整理綜合抗生素耐藥性數(shù)據(jù)庫（CARD v3.2.5，card.mcmaster.ca），并使用 DIAMOND 軟件（v2.0.15.153）構(gòu)建 ARG 數(shù)據(jù)庫。從NCBI網(wǎng)站下載了醫(yī)院環(huán)境中的19個(gè)宏基因組測(cè)序樣本，以比較養(yǎng)貓環(huán)境和臨床環(huán)境中的ARG。

通過將數(shù)據(jù)與 VFDB_setA 數(shù)據(jù)庫（更新：2022 年 10 月 7 日）進(jìn)行比較，確定了 MAG 中的毒力因子（VF），這些 MAG 是貓、人類以及生活環(huán)境中腸道中的細(xì)菌病原體。

使用 BLAST 工具將宏基因組組裝中的重疊群與 ARG、MGE 和 VF 數(shù)據(jù)庫進(jìn)行比較，以獲得 ARG（ARG-like contigs）、移動(dòng)相關(guān) ARG（ARG-MGEs like contigs）和移動(dòng)相關(guān) ARG 的豐度。

02

主 要 結(jié) 論

寵物塑造人類腸道中的耐藥組

腸道含有大量的微生物，它們由相對(duì)恒定的常駐細(xì)菌和從外部環(huán)境進(jìn)入的暫存細(xì)菌組成。

常駐菌是腸道菌群的主要組成部分，通過促進(jìn)宿主的營養(yǎng)、免疫、消化等正常生理功能，與環(huán)境和宿主保持動(dòng)態(tài)平衡。暫存細(xì)菌是通過接觸和氣溶膠進(jìn)入腸道的無害或致病性外來細(xì)菌。

正常情況下，常駐菌在腸道內(nèi)粘附、定殖、繁殖，形成屏障，通過拮抗作用抑制和排斥暫住菌，從而保護(hù)腸道穩(wěn)態(tài)和宿主健康。

長期環(huán)境暴露重塑腸道微生物群，貓腸道ARG高于人類

通過長時(shí)間的暴露，生活或工作環(huán)境中的微生物也會(huì)塑造腸道菌群，而作為抗生素抗性基因（ARG）重要宿主的微生物組成的變化會(huì)導(dǎo)致耐藥組的變化。

在這項(xiàng)研究中，研究人員發(fā)現(xiàn)貓腸道中菌群的組成和多樣性與人類腸道中的細(xì)菌群落存在差異。貓腸道中ARG豐度高于人類腸道中的豐度，包括所有類型的ARG。

攜帶高風(fēng)險(xiǎn)mcr-1耐藥基因的細(xì)菌也已從貓和狗身上分離出來。因此，貓腸道中存在的較高的抗生素耐藥性風(fēng)險(xiǎn)不容忽視。

mcr-1基因不是一種新病菌變種，是存在于質(zhì)粒上的一段基因。mcr-1是一種編碼耐藥蛋白的基因，它使細(xì)菌對(duì)一種名為"多粘菌素"（colistin）的抗生素產(chǎn)生耐藥性。

多粘菌素是一種被廣泛使用于治療嚴(yán)重感染的一線抗生素。mcr-1基因的發(fā)現(xiàn)引發(fā)了對(duì)多粘菌素耐藥性傳播的擔(dān)憂。

mcr-1基因的傳播主要通過水平基因轉(zhuǎn)移的機(jī)制進(jìn)行，特別是通過共軛傳遞。共軛傳遞允許細(xì)菌通過直接細(xì)胞接觸來傳遞質(zhì)粒，這些質(zhì)粒攜帶mcr-1基因和其他抗生素耐藥基因。這種傳播方式使得細(xì)菌能夠快速獲取多粘菌素耐藥性，并在不同的細(xì)菌種群中廣泛傳播。

此外，該研究發(fā)現(xiàn)，貓主人腸道中APH(2''-IIa和ACC(6')-Im抗性基因的豐度明顯高于非貓主人。這些耐藥基因也是在這些檢測(cè)的貓中的核心抗藥基因。

APH(2''-IIa)和ACC(6')-Im是兩種常見的抗生素耐藥基因，它們分別編碼著兩種不同的酶。

APH(2''-IIa)是一種磷酸化酶，它能夠?qū)?/span>氨基糖苷類抗生素中的2''-羥基位點(diǎn)磷酸化。這種酶的作用使得抗生素?zé)o法有效地結(jié)合到細(xì)菌的核糖體上，從而降低了抗生素的殺菌效果。APH(2''-IIa)基因的存在使得細(xì)菌對(duì)氨基糖苷類抗生素產(chǎn)生耐藥性，如慶大霉素、新霉素等。

ACC(6')-Im是一種?；D(zhuǎn)移酶，它能夠在氨基糖苷類抗生素中的6'-氨基位點(diǎn)上轉(zhuǎn)移?；鶊F(tuán)。這個(gè)?；D(zhuǎn)移的過程會(huì)導(dǎo)致抗生素失去其殺菌活性。ACC(6')-Im基因的存在使得細(xì)菌對(duì)氨基糖苷類抗生素產(chǎn)生耐藥性，如卡那霉素、慶大霉素等。

這兩種抗生素耐藥基因的存在使得細(xì)菌能夠通過改變抗生素的結(jié)合方式或代謝方式來逃避抗生素的殺菌作用，從而導(dǎo)致抗生素治療的失敗。

寵物抗性基因?qū)χ魅四c道細(xì)菌的影響

之前的研究也表明寵物狗與其主人之間的大環(huán)內(nèi)酯類抗性基因具有很強(qiáng)的相關(guān)性。且寵物的抗性基因與人類的抗性基因相似。因此，可以假設(shè)寵物在一定程度上塑造了主人的腸道耐藥細(xì)菌。

貓腸道和人類腸道中的核心ARG宿主都是腸桿菌科細(xì)菌，并且這些核心ARG宿主與生活環(huán)境和人類腸道中的不同細(xì)菌之間存在水平基因轉(zhuǎn)移的風(fēng)險(xiǎn)。當(dāng)然，這些 ARG 及其宿主也有可能在較長時(shí)間內(nèi)附著并定植于人類腸道。

研究表明，長期在農(nóng)場(chǎng)工作飼養(yǎng)者的腸道微生物組和耐藥組可以被重塑。本研究確定的核心ARG宿主腸桿菌科細(xì)菌包括了人類腸道常見的耐藥細(xì)菌如大腸桿菌、沙門氏菌、志賀氏菌等致病菌，可能帶來更復(fù)雜的抗生素耐藥性和致病性風(fēng)險(xiǎn)。

寵物影響人類耐藥性的途徑

抗生素抗性基因（ARG）及其宿主在環(huán)境中的主要傳播途徑是通過接觸，例如空氣和直接接觸。

空氣是不是寵物影響人類耐藥組的重要途徑？

由于養(yǎng)貓家庭中存在獨(dú)特的氣味，人們推測(cè)貓揮發(fā)的抗生素抗性微生物和ARG可能漂浮在養(yǎng)貓環(huán)境的空氣中。

前期研究也證實(shí)環(huán)境中的微生物和ARG可以以氣溶膠的形式進(jìn)入人體。不過，該研究結(jié)果表明，從貓腸道（糞便）揮發(fā)到空氣中的微生物和 ARG 極少，這表明空氣并不是 ARG 從貓傳播給主人的主要途徑。

寵物貓活動(dòng)如何影響人類耐藥性？

寵物貓是好奇心旺盛的動(dòng)物，在其活動(dòng)范圍內(nèi)幾乎會(huì)覆蓋整個(gè)生活空間。因此，該研究收集了生活環(huán)境各個(gè)區(qū)域的地板樣本，發(fā)現(xiàn)這些區(qū)域的ARGs豐度與寵物貓的活動(dòng)頻率呈正相關(guān)。研究發(fā)現(xiàn)貓腸道、環(huán)境和人類腸道之間存在水平基因轉(zhuǎn)移，這使得寵物貓可以通過其在生活環(huán)境中的活動(dòng)影響人類耐藥組，并且這種影響大于空氣傳播的影響。對(duì)于貓比較活躍的房間尤其如此。

貓對(duì)人類腸道及生活環(huán)境的抵抗力形成

由于腸道的穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)，從貓和生活環(huán)境進(jìn)入人類腸道的微生物，包括ARG宿主，通常在人類腸道中是短暫的，很少附著和定植于腸道。這從人類腸道樣本中的 MGE 豐度高于貓和環(huán)境樣本，包括噬菌體、整合子和轉(zhuǎn)座子類型。這些MGE在不同微生物中的ARG水平基因轉(zhuǎn)移中發(fā)揮重要作用。這表明人類腸道中 ARG 水平基因轉(zhuǎn)移的風(fēng)險(xiǎn)更大。

注：MGE是指移動(dòng)遺傳元件(Mobile Genetic Elements)，它們是存在于細(xì)菌和其他微生物中的一類基因組片段，具有自主復(fù)制和傳遞的能力。MGE包括質(zhì)粒(plasmids)、轉(zhuǎn)座子(transposons)、嵌合子(insertion sequences) 和噬菌體 (bacteriophages)等。

腸道樣本中的MGE豐度指該樣本中檢測(cè)到的移動(dòng)遺傳元件的數(shù)量或相對(duì)含量。通過測(cè)量MGE的豐度，可以了解腸道微生物群落中移動(dòng)遺傳元件的存在程度和傳播情況。

水平基因轉(zhuǎn)移與微生物群落中的ARG傳播

MGE在細(xì)菌中起著重要的作用，它們可以攜帶和傳遞抗生素耐藥基因、毒力因子和其他有益或有害的基因。因此，通過評(píng)估腸道樣本中MGE的豐度，可以提供有關(guān)抗生素耐藥性和其他重要基因在微生物群落中傳播和演化的信息。

水平基因轉(zhuǎn)移是環(huán)境細(xì)菌耐藥性變異的重要影響因素，MGEs解釋了廢水中高達(dá)10.3%的ARG變異；豬腸道中 ARG變異的13.9%，狗腸道中 ARG 變異的13.76 %。

此外，通過ARG 和 MGE 的重疊群，發(fā)現(xiàn)貓腸道和人類腸道中移動(dòng) ARG（MGE-ARG 樣重疊群）的比例分別占總重疊群的 0.576 ± 0.068 ‰ 和 0.590 ± 0.060 ‰，貓糞便、生活環(huán)境和人類腸道中的不同微生物之間也發(fā)現(xiàn)了水平基因轉(zhuǎn)移。

來自寵物的耐藥風(fēng)險(xiǎn)較低

ARGs 常見于自然環(huán)境中，甚至在極端環(huán)境中，例如深海和北極凍土層。因此，ARG 的存在或 ARG 水平擴(kuò)散的存在不應(yīng)被視為高耐藥風(fēng)險(xiǎn)。有多種方法可以評(píng)估環(huán)境的耐藥風(fēng)險(xiǎn)。直接的方法是檢測(cè)環(huán)境中ARG分?jǐn)?shù)的豐度，包括豐度和正常豐度。

一般人們認(rèn)為環(huán)境中 ARG 的豐度越高，抗藥性風(fēng)險(xiǎn)就越高。還可以通過結(jié)合總 ARG、移動(dòng) ARG（MGE-ARG，如重疊群）和與病原菌相關(guān)的移動(dòng) ARG（MGEs-VFs-ARG，如重疊群）的豐度分析來估計(jì)抗藥性風(fēng)險(xiǎn)。

在這項(xiàng)研究中，使用這兩種方法來評(píng)估養(yǎng)貓家庭的耐藥組風(fēng)險(xiǎn)，發(fā)現(xiàn)養(yǎng)貓和非養(yǎng)貓家庭的 ARGs 豐度沒有顯著差異。一項(xiàng)有意思的發(fā)現(xiàn)是有益細(xì)菌雙歧桿菌在貓腸道中的豐度明顯高于人類腸道中的豐度。而且養(yǎng)貓者腸道中雙歧桿菌的豐度顯著高于非養(yǎng)貓者。這一證據(jù)表明，養(yǎng)貓對(duì)于主人腸道有益菌有促進(jìn)作用。

養(yǎng)貓可以塑造主人腸道和生活環(huán)境中的抗藥性，但抗藥性風(fēng)險(xiǎn)很小。此外，作者也沒有找到任何因飼養(yǎng)寵物而導(dǎo)致抗生素耐藥性污染的報(bào)告。

盡管如此，養(yǎng)貓時(shí)清潔很重要。還可以通過調(diào)整貓的飲食以及寵物合理使用抗生素來減少ARG，防止ARG富集。

03

結(jié) 語

結(jié)合本研究初步表明，寵物貓的腸道中抗生素耐藥基因（ARG）的豐度高于人類腸道。此外，與非養(yǎng)貓者相比，養(yǎng)貓者的腸道中耐藥組風(fēng)險(xiǎn)更高，并且生活環(huán)境中的ARG豐度與貓的活動(dòng)頻率呈正相關(guān)。有趣的是，貓腸道和人類腸道共享相同的核心ARG宿主，即腸桿菌科。

這些發(fā)現(xiàn)表明養(yǎng)寵物貓可能對(duì)人類腸道中的抗生素耐藥性產(chǎn)生影響。然而也發(fā)現(xiàn)了一些積極的結(jié)果。在貓腸道中，有益菌雙歧桿菌的豐度明顯高于人類腸道。此外，養(yǎng)貓者的腸道中雙歧桿菌的豐度也顯著高于非養(yǎng)貓者。這些證據(jù)表明，養(yǎng)貓對(duì)于可能主人的腸道健康可能具有促進(jìn)作用。雙歧桿菌是一種重要的益生菌，對(duì)于維持腸道菌群平衡、增強(qiáng)免疫功能和消化健康至關(guān)重要。因此，養(yǎng)貓可能有助于增加人類腸道中有益菌的豐度，提高腸道健康水平。

這樣研究結(jié)果對(duì)于目前養(yǎng)寵物貓的人和相關(guān)市場(chǎng)供了一些有趣的見解。人們養(yǎng)貓不僅可以獲得寵物的陪伴和快樂，還可能從與貓共享微生物群中的益生菌受益。然而也要認(rèn)識(shí)到養(yǎng)貓可能與抗生素耐藥性的傳播有關(guān)，這需要我們采取措施來合理使用抗生素，清潔衛(wèi)生，減少耐藥性的風(fēng)險(xiǎn)。

未來的研究可以進(jìn)一步探索養(yǎng)寵物貓與人類腸道微生物群落之間的相互作用，并研究如何大程度地提高養(yǎng)貓對(duì)人類和寵物腸道健康的益處。同時(shí)，寵物主人可以關(guān)注腸道健康，通過合理的飲食、益生菌補(bǔ)充和定期菌群體檢等方式來維護(hù)自己和寵物的腸道微生態(tài)平衡。

這項(xiàng)研究試驗(yàn)僅對(duì)30名志愿者和30只貓進(jìn)行采樣。根據(jù)作者描述原本的計(jì)劃是收集100多個(gè)志愿者樣本，但COVID-19疫情突然變得嚴(yán)重，一些志愿者不得不退出原計(jì)劃的研究。盡管研究進(jìn)展并沒有想象中那么順利，但所獲得的結(jié)果還是具有重要的參考價(jià)值。