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文献解读|长、短读长宏基因组测序检测ARGs及其宿主的敏感性和一致性

 

简介

 

污水中富含多种来源的抗生素抗性基因(ARGs),这些基因可能通过污水处理过程中的微生物相互作用和基因水平转移(HGT)得以保留、扩散甚至富集。因此,对污水中ARGs及其宿主的有效监测至关重要。该研究对长读长(ONT)和短读长(BGI)宏基因组测序以及EpicPCR在污水中检测ARG和宿主的能力进行评估,并探究整个污水处理过程中ARG宿主的动态变化。本研究旨在揭示各种方法的优势及面临的挑战,以及方法选择对环境中ARG宿主评估范围的影响。

 

英文标题:Sensitivity and consistency of long- and short-read metagenomics and epicPCR for the detection of antibiotic resistance genes and their bacterial hosts in wastewater

中文标题: 长、短读长宏基因组测序检测ARGs及其宿主的敏感性和一致性

发表时间&期刊:2024.03 & Journal of Hazardous Materials(IF:13.6)

测序技术:Nanopore宏基因组;BGI宏基因组

 

 技术路线 

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 主要结果 

1. 与BGI测序相比,ONT测序在ARG宿主鉴定方面表现的更好

与BGI测序相比,ONT测序鉴定出更多的ARGs-宿主联系(图1a)。ONT测序检测到6个科的宿主家族和68种ARGs,而BGI测序仅检测到肠杆菌科和假单胞菌科作为24种ARGs的宿主家族(图1b)。

 

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图1 ARG宿主鉴定的长、短读长测序比较

 

2. 与ONT测序相比,EpicPCR检测到更多的ARG宿主

由于EpicPCR是一种靶向方法,它可以增强目标ARG和细菌宿主标记基因的信号,与ONT测序相比,其检测到的三种靶向ARG(sul1, ermB, tetO)的宿主物种数更多(表1)。

 

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3.出水口样品中出现了新的ARG-宿主联系

通过活性污泥处理和氯化消毒后,ARGs的去除率为93.6%(图2a)。二级出水口和三级出水口样品中存在的ARG亚型是进水口样品中的一个子集。与质粒-ARGs相比,染色体-ARGs在整个处理过程中显示出不太一致的组成图谱(图2bc)。微生物群落的变化,特别是某些细菌门的生长和衰败,推动了污水处理厂ARGs的变化(图2d)。

 

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图2 长读长测序揭示了ARGs和宿主在WWTP中的动态

 

4. 三级出水口样品中存在与病原体和移动遗传元件相关的ARGs

在二级出水口样品中观察到一些在进水口样品中未检测到的携带ARG的病原体,如分枝杆菌。在三级出水口样品中检测到7种携带ARG的假定病原体,有6种在进水口样品中也被检测到。值得注意的是,大肠杆菌携带的ARGs,尤其是那些对多药、β -内酰胺和核苷具有耐药性的基因,在整个处理过程中持续存在(图3)。

 

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图3 废水处理过程中假定病原体的检测

 

 研究结论 

 

研究表明,对于环境监测,长读长测序由于其高效率和无需组装,可作为有力的工具用于ARG检测和宿主跟踪。

 

参考文献:

Esther G. Lou, et al . Sensitivity and consistency of long- and short-read metagenomics and epicPCR for the detection of antibiotic resistance genes and their bacterial hosts in wastewater. Journal of Hazardous Materials. 2024

 

 


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