抗生素的滥用与耐药基因（Antibiotic Resistance Genes, ARGs）的传播与扩散严重威胁着人类生命财产安全。一项世界卫生组织报告指出，如果不采取措施扭转这一趋势，到2050年，全球每年由于细菌耐药性而死亡的人数将升至1000万人，累计损失总额将高达100万亿美元。为此，全球领导人于2016年9月21日在纽约联合国大会期间讨论微生物耐药严峻性并商讨对策。目前，针对耐药基因在废水处理、制药厂、畜牧养殖业、医院等的排放以及水体、土壤等的传播展开了监测工作。例如，中国建立了2400多个监测网点跟踪抗微生物药物的临床应用情况。然而，作为成千上万种污染物汇聚的媒介，空气对耐药基因的传播扩散却没有得到足够的重视。
近日，北京大学环境科学与工程学院要茂盛教授与其合作者通过一种创新方法采集了全球13个国家19座城市大气中足够量的颗粒物（PM），并利用高通量分子生物技术，发现全球大气正在不同程度被耐药基因污染，且部分地区呈现逐年增长的趋势。这些检测到的基因用来表达对包括喹诺酮类、β-内酰胺类、大环内酯类、四环素类、磺胺类、氨基糖苷类和万古霉素类等药物耐药性，其相对丰度如图1所示。研究还发现，不同城市大气中耐药基因（ARGs）的丰度和种类分布有明显的差异，而ARGs的总相对丰度跨越两个数量级。其中，最具优势的ARG为β-内酰胺类耐药基因blaTEM，其相对丰度从2004年到2014年增加了178%（以西安大气为例）。统计分析显示城市大气中ARGs的种类丰度分布与地面抗生素的使用情况显著正相关。更为严峻的是，万古霉素作为抗生素的最后一道防线，其耐药基因也在六个城市大气中被检测到。通过大气输送，来自一个地区或排放源的耐药基因可以跨越不同环境媒介快速传输、沉降到遥远的地方，甚至包括一些从未使用抗生素的原生态环境，被普通细菌获取或被人体吸入。这种大气传播面广，极大程度地增加了新型耐药菌滋生几率，对人类健康与生态安全构成巨大威胁。该研究揭示了耐药基因通过空气传播的危险，为全面有效控制耐药菌传播感染提供了重要参考。
图1 全球19座城市大气中耐药基因丰度、种类与地面抗生素使用的关系
研究成果以“Global Survey of Antibiotic Resistance Genes in Air”为题发表在Environmental Science and Technology上，并入选美国化学学会 (American Chemical Society，ACS) Editors’ Choice。同时，此项研究还被ACS通过“Embargoed Press Release”形式发布报道。论文的第一作者为北京大学环境学院博士生李菁（将赴加州理工学院开展博士后研究），要茂盛为通讯作者。参与该项工作的还包括来自中国科学院、耶鲁大学、苏黎世联邦理工等12个科研机构的科研人员。该项目主要得到国家自然科学基金委国家杰出青年科学基金（基金号：21725701）与重大研究计划培育项目（基金号：91543126）的资助。
要茂盛简介
要茂盛，北京大学长聘教授（FULL Professor with Tenure）、博士生导师，北京大学生物气溶胶实验室负责人，国家杰出青年科学基金获得者。2006年获美国Rutgers大学环境科学博士学位，2006-2007年于耶鲁大学从事博士后研究，2007年入选北京大学“百人计划”。要茂盛创建了空气生物安全防御系统BioSTAND®，包括生物气溶胶实时监测系统GREATpa、基于酵母菌的大气颗粒物毒性实时监测系统SLEPTor以及颗粒物毒性活体标志物实时监测系统dLABer等。曾获美国气溶胶协会Kenneth T. Whitby、欧洲Marian Smoluchowski、亚洲AYASA青年气溶胶科学家杰出贡献奖。2016年获国家技术发明二等奖（“生物气溶胶实时监测危害预测与控制技术”）与第44届日内瓦国际发明展特别金奖（“GREATpa”技术）。作为执行主席之一，他组织召开首届生物气溶胶香山科学会议，目前担任中国环境科学学会室内与环境健康分会常任副理事长。
编辑：麦洛
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