大地-水环境是一种富含微生物的培养基,其多样性仅得到部分表征。近来对于细菌的宏基因组学研究导致许多新物种的发现。他们还表明,超过99% 的环境细菌物种不能用目前的方法培养[12]。
这种环境正日益受到对人类或动物源性抗生素产生耐药性的细菌、编码这些耐药性的基因以及人类制造的抗生素的污染。植物会吸收其中一些抗生素,尤其是那些经废水处理厂(已经被这些分子污染)的灌溉用水和污泥培养的作物。虽然环境中残留的抗生素浓度通常很低,但它们对天然微生物菌群的选择压力逐渐增加。这种选择压力促进了天然物种和污染物种之间抗生素抗性基因的水平交换,特别是在生物膜中丰富多样的细菌种群中。这些微生物的天敌,自由生活的原生动物(特别是变形虫),也促进这些基因交换。
总而言之,环境中已经具备新的抗生素耐药性出现的条件,无论是在自然环境中的细菌菌群中,还是能够在这种环境中生存的人类和动物菌群中。
6. 环境是人类和动物中新抗生素抗性的来源
来自大地-水环境的微生物经常定植在人类和动物身上。这种定植可以通过在日常活动中与该环境接触而直接发生,也可以通过摄入被污染的饮用水或食物,或接触被污染的物体等间接发生[13]。人和动物的共生微生物菌群充当微生物屏障,可防止适应性较差的外来物种感染。尽管如此,许多人类和动物的细菌物种仍在环境中生存,因此,可以重新污染这些宿主。另一方面,环境中承载的微生物可以在人和动物的皮肤和粘膜中定植。这种定植可以是短暂和短期的(几小时或几天),或者更长时间(几周、几个月甚至几年)。在此定殖过程中,外源菌群和内源共生菌群之间可以发生遗传交换。由于消化菌群的丰富性和多样性,而且许多环境微生物被摄入后在肠道内的携带时间也很长,这些遗传交换在消化菌群的水平上尤为重要。
需要注意的是,耐抗生素的细菌也经常对包括重金属(银、铜、汞等)和生物杀菌剂(乙醇、甲醛、洗必泰、三氯生、季铵盐等)在内的抗菌剂产生耐药性。抗菌剂造成的环境污染利于筛选携带抗生素耐药性的微生物。两种现象可以帮助我们理解抗菌剂对携带抗生素耐药性菌株的筛选(或抗生素对抗菌剂耐药性的筛选):
抗生素和抗菌剂的耐药性遗传机制由相同的遗传载体(特别是质粒)携带;细菌暴露于抗生素或抗菌剂会选择对这两种化合物都具有耐药性的菌株:这就是共同耐药;相同的遗传机制(例如编码外排泵)导致对抗生素和抗菌剂产生耐药