来自废水的肠杆菌科中一种新型碳青霉烯水解D类β-内酰胺酶 OXA-1054 的分子流行病学研究

污水中病原体为何重要

大多数人认为抗生素耐药性主要发生在医院内。但我们使用的药物以及受其影响的细菌并不会被限制在医院，它们随生活污水排出，进入处理厂和河流，在那里来自多种来源的细菌混合并交换生存我们有效药物的遗传手段。本研究追踪了这样一种手段——一种新发现的耐药基因——在西班牙塞维利亚城市废水系统中的分布，以弄清它寄居在哪里、如何移动，以及这对未来感染有何影响。

常见肠道细菌中的一种新耐药手段

研究者聚焦于称为肠杆菌科的一组细菌，其中包括许多可引发严重感染的肠道微生物。该组中有些成员已经学会分解碳青霉烯类抗生素——这是一类最后防线药物。研究团队在医院排放管道、市政污水处理厂和附近的瓜达尔基维尔河采集的细菌中发现了一种此前未见的耐药酶变体，命名为 OXA-1054。该酶属于名为 OXA-372 的谱系，与在医院中广泛传播的更为人知的 OXA-48 家族相关但又有所不同。通过将该新基因克隆到无害的实验室大肠杆菌株中，科学家证明了 OXA-1054 确实能提高对几种重要药物（包括碳青霉烯类）的耐受性。

废水：耐药性的混合场

携带 OXA-1054 的细菌大多出现在流入处理厂的原水中，尤其集中在一家大型处理设施，少数分离株来自医院排放水和下游河水。该基因出现在多种不同物种中，如柠檬酸杆菌、肠杆菌属和拉乌尔特菌属，并在这些物种内部呈现许多不相关的克隆。这一分布模式表明该耐药基因并非局限于某一成功菌株，而是在共享同一水环境的多样细菌之间传播。尽管处理过程降低了可检测细菌的数量，但该基因仍在不同时间点于河水中被发现，暗示环境水域可作为长期库。

为持久而构建的可移动模块

在细看围绕 blaOXA-1054 基因的 DNA 时，研究团队发现它被嵌入在一个反复出现的移动模块中——本质上是一个小而便携的遗传包裹。该模块几乎总是包含来自 IS21 家族的两个转位基因 istA 和 istB，以及若干拷贝的另一类移动元件。在许多情况下，附近还可找到第二个耐药基因（ampC）及一些抗重金属（如砷和汞）的基因簇。这些附加成分意味着金属或其他药物的污染可能间接有利于同时携带 OXA-1054 的细菌。承载该模块的质粒（小型环状 DNA）通常还携带多种“毒素–抗毒素”系统，这些遗传陷阱有助于在细菌分裂时不易丢失质粒，从而在没有抗生素选择的情况下也能维持耐药性在群体中存在。

在缺乏典型转移机制时如何传播

令人意外的是，大多数携带 OXA-1054 的质粒缺乏典型的用于细菌间接合转移的机器，并且体外配对实验未能将该基因转入受体菌株。这提示了一种不同的传播方式：与其让单一高度可移动的质粒在细菌群落中迅速扩散，不如说一个保守的、包含 blaOXA-1054 的移动平台会跳入不同的质粒，有时甚至直接整合到细菌染色体中。额外的附属基因——如 DNA 解旋酶、DNA 甲基转移酶和结构维护蛋白——可能有助于稳定这些平台，并支持它们在受污染的、压力环境中移动和存活。

这对人类与河流意味着什么

简言之，研究表明一种强大的新耐药基因已在该市的污水和附近河流中循环传播，尽管它尚未在医院患者中普遍出现。它位于一个坚固的、可移动的 DNA 包裹上，能够与其他耐药特征共同存在并搭便车，包括对重金属的防御。这一组合增加了该基因在环境中存续并随时进入与人相关细菌的可能性。此项工作强调，为保护我们最重要的抗生素，监测不仅要关注临床机构，还应关注连接人类活动与更广泛环境的管道、处理厂和河流中隐藏的微生物世界。

引用: Monge-Olivares, L., González-Pinto, L., Pulido, M.R. et al. Molecular epidemiology of OXA-1054, a novel carbapenem-hydrolysing Class D β-lactamase, in Enterobacteriaceae isolated from wastewaters. npj Antimicrob Resist 4, 36 (2026). https://doi.org/10.1038/s44259-026-00209-4

关键词: 抗生素耐药性, 废水, 碳青霉烯酶, 可移动遗传元件, 环境微生物学