2025年8月26日晚（北京時(shí)間），復(fù)旦大學(xué)公共衛(wèi)生學(xué)院、上海市重大傳染病和生物安全研究院粟碩教授團(tuán)隊(duì)聯(lián)合中國(guó)科學(xué)院微生物研究所等多家單位，在國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《細(xì)胞》（Cell）發(fā)表了題為“Extensive cross - species transmission of pathogens and antibiotic resistance genes in mammals neglected by public health surveillance（公共衛(wèi)生監(jiān)測(cè)忽視的哺乳動(dòng)物中病原體及抗生素耐藥基因的廣泛跨物種傳播）”的研究論文。

哺乳動(dòng)物包含人類(lèi)、伴侶動(dòng)物、家畜以及野生哺乳動(dòng)物等，形成了多樣復(fù)雜的宿主體系。在這些宿主體內(nèi)，尤其是消化道中，有著高度復(fù)雜且龐大的微生物群落，涵蓋細(xì)菌、病毒、真菌等。多數(shù)微生物與宿主是共生或中性關(guān)系，在營(yíng)養(yǎng)代謝、免疫調(diào)控和生態(tài)穩(wěn)定性方面起著關(guān)鍵作用，整體被稱(chēng)作“微生物組”，構(gòu)成了宿主重要的內(nèi)部生態(tài)系統(tǒng)。

“哺乳動(dòng)物微生物組”指的是不同哺乳動(dòng)物宿主體內(nèi)全部微生物群落的總和。部分微生物及其功能元件（如ARGs）能在不同宿主間進(jìn)行跨物種傳播。“跨物種傳播”通常是指微生物從一種宿主物種傳播到另一種宿主物種，并在新宿主中適應(yīng)或持續(xù)存在的過(guò)程，這一現(xiàn)象對(duì)理解微生物的病原生態(tài)學(xué)及其公共衛(wèi)生意義十分關(guān)鍵。

這項(xiàng)研究如同為龐大隱秘的微生物世界繪制了一張前所未有的“地圖”，首次系統(tǒng)解析了大量此前未知的哺乳動(dòng)物微生物組多樣性，繪制了臨床重要ARGs的跨宿主共享網(wǎng)絡(luò)，拓展了人類(lèi)對(duì)微生物組成和多樣性的認(rèn)知邊界與深度，也為微生物源疾病和抗生素耐藥性防控提供了重要理論基礎(chǔ)。

突破多重技術(shù)瓶頸，構(gòu)建創(chuàng)新分析框架

哺乳動(dòng)物體內(nèi)微生物及其攜帶的ARGs的跨宿主傳播，是潛在的重大公共衛(wèi)生風(fēng)險(xiǎn)源。然而，現(xiàn)有研究存在多重技術(shù)瓶頸：低豐度微生物難以檢測(cè)，易導(dǎo)致潛在病原漏報(bào)；大量未報(bào)道的微生物物種缺失，限制了對(duì)多樣性的認(rèn)知；物種及功能注釋精度不足，阻礙了明確ARGs與可移動(dòng)遺傳元件（MGEs）的關(guān)聯(lián)；現(xiàn)有宏基因組分析方法分辨率有限（通常僅到物種或?qū)偎剑?，難以精確追蹤不同宿主同源菌株或基因的傳播，使得解析復(fù)雜的跨宿主傳播網(wǎng)絡(luò)極具挑戰(zhàn)。

為突破這些關(guān)鍵瓶頸，研究團(tuán)隊(duì)構(gòu)建了兩大創(chuàng)新分析框架：

1. 交叉多組學(xué)高分辨率微生物組解析框架：融合多組學(xué)測(cè)序、精準(zhǔn)微生物基因組重構(gòu)、新型物種劃分策略以及基于基因組比較的同源菌株識(shí)別，實(shí)現(xiàn)低豐度及新型微生物的精確鑒定，并追蹤跨宿主菌株共享事件。

2. ARG與MGE高精度注釋框架：通過(guò)多數(shù)據(jù)庫(kù)交叉驗(yàn)證及ARG - MGE聯(lián)合分析，實(shí)現(xiàn)ARGs和MGEs的精細(xì)分類(lèi)和精準(zhǔn)豐度計(jì)算，并構(gòu)建重要ARGs的跨宿主共享網(wǎng)絡(luò)。

解析7000 + 未知細(xì)菌！全球首次繪制哺乳動(dòng)物高分辨率微生物圖譜

圖1：哺乳動(dòng)物的高分辨率微生物組

基于高分辨率微生物組解析框架，研究團(tuán)隊(duì)回收了245個(gè)病毒、25,442個(gè)細(xì)菌、13個(gè)真菌和2個(gè)寄生蟲(chóng)基因組，極大擴(kuò)展了現(xiàn)有微生物參考數(shù)據(jù)庫(kù)。共鑒定出128種病毒、10,255種細(xì)菌、201種真菌和7種寄生蟲(chóng)，其中約70%的細(xì)菌物種（超過(guò)7,000種）被推測(cè)為潛在新物種，揭示了哺乳動(dòng)物體內(nèi)豐富的微生物“暗物質(zhì)”。

多層次群落結(jié)構(gòu)分析顯示，微生物群落在相同地理區(qū)域、宿主分類(lèi)及生活方式下顯著相似，表明這些因素是形成與維持群落的關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)力。團(tuán)隊(duì)利用高分辨率基因組比對(duì)與菌株分辨技術(shù)，首次系統(tǒng)揭示了哺乳動(dòng)物微生物組中廣泛的跨地理區(qū)域、宿主分類(lèi)及生活方式界限的菌株共享現(xiàn)象，涵蓋已知病原菌及非病原菌。例如，常見(jiàn)于導(dǎo)致食物中毒的產(chǎn)氣莢膜梭菌，以及易引發(fā)尿路感染的腸球菌屬菌株，在不同地理區(qū)域、宿主分類(lèi)間表現(xiàn)出高度基因組一致性，提示其存在跨宿主傳播潛力。這為深入理解病原菌生態(tài)學(xué)和精準(zhǔn)評(píng)估公共衛(wèi)生風(fēng)險(xiǎn)提供了堅(jiān)實(shí)的科學(xué)依據(jù)。

構(gòu)建重要耐藥基因跨宿主共享全景網(wǎng)絡(luò)，揭示潛在公共衛(wèi)生風(fēng)險(xiǎn)

圖2：哺乳動(dòng)物攜帶的重要ARG的多樣性和可轉(zhuǎn)移性

基于ARG與MGE高精度注釋框架，在哺乳動(dòng)物微生物組中鑒定出521種潛在ARGs，涵蓋13類(lèi)抗生素，其中氨基糖苷類(lèi)、大環(huán)內(nèi)酯 - 林可酰胺 - 鏈霉素類(lèi)（MLS）、四環(huán)素類(lèi)及β - 內(nèi)酰胺類(lèi)為主要耐藥類(lèi)別。這些廣泛且多樣的ARG分布反映了哺乳動(dòng)物微生物組中長(zhǎng)期未被系統(tǒng)評(píng)估的耐藥潛力。研究中觀測(cè)到ARGs與MGEs高度共現(xiàn)，其中約五分之四的共現(xiàn)事件由插入序列（IS，一類(lèi)MGE）介導(dǎo)，提示哺乳動(dòng)物微生物組可能成為潛在可移動(dòng)ARGs的儲(chǔ)存庫(kù)。

參照世界衛(wèi)生組織（WHO）2024年報(bào)告標(biāo)準(zhǔn)（“僅授權(quán)用于人類(lèi)”或“最高優(yōu)先級(jí)關(guān)鍵抗生素”），團(tuán)隊(duì)共鑒定出270種重要ARG亞型，涉及七類(lèi)抗生素，其中高頻基因如tet(X)、cfr(C)、和qnrS1等在樣本庫(kù)中檢出率超過(guò)50%，并表現(xiàn)出高豐度，可能會(huì)影響多種關(guān)鍵抗生素的療效。通過(guò)與人類(lèi)微生物組進(jìn)行高精度比對(duì)并構(gòu)建跨宿主共享網(wǎng)絡(luò)（基于aligned length ≥ 500 bp且identity ≥ 99%的ARG序列），團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)157種重要ARG在哺乳動(dòng)物與人類(lèi)微生物組間共享，主要涉及β - 內(nèi)酰胺類(lèi)和喹諾酮類(lèi)，提示這些重要ARG存在潛在跨物種交換的風(fēng)險(xiǎn)，需要進(jìn)一步關(guān)注。該框架為系統(tǒng)理解耐藥性在生態(tài)系統(tǒng)中的傳播和評(píng)估公共衛(wèi)生風(fēng)險(xiǎn)提供了創(chuàng)新且強(qiáng)大的工具。

追蹤病原與耐藥基因，為精準(zhǔn)公共衛(wèi)生防控奠基

本研究構(gòu)建的綜合多組學(xué)高分辨率微生物組解析框架及ARG與MGE高精度注釋體系，首次實(shí)現(xiàn)了對(duì)哺乳動(dòng)物微生物組中低豐度及新型微生物的精確鑒定，以及對(duì)病原菌株和臨床重要ARGs跨宿主傳播路徑的高精度追蹤。

該框架深度融合微生物群落生態(tài)學(xué)、進(jìn)化生物學(xué)、系統(tǒng)生物學(xué)和比較基因組學(xué)等，整合了自有高深度多組學(xué)測(cè)序數(shù)據(jù)及公共數(shù)據(jù)庫(kù)資源，構(gòu)建起跨尺度、多維度的微生物組與抗性組解析體系，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的微生物和ARGs跨宿主網(wǎng)絡(luò)的高精度可追蹤分析。未來(lái)，這一基于多學(xué)科前沿技術(shù)交叉的強(qiáng)大框架可應(yīng)用于探索人類(lèi)對(duì)微生物的認(rèn)知邊界和深度，系統(tǒng)監(jiān)測(cè)新發(fā)病原體、預(yù)測(cè)重要耐藥性擴(kuò)散趨勢(shì)，為制定精準(zhǔn)、高效的公共衛(wèi)生防控策略提供核心技術(shù)支撐。

復(fù)旦大學(xué)公共衛(wèi)生學(xué)院粟碩教授為論文通訊作者，在讀博士研究生石宇旗等為論文共同第一作者。本研究得到了上海市優(yōu)秀學(xué)術(shù)帶頭人項(xiàng)目和教育部U40項(xiàng)目等資助。

原文鏈接：

https://doi.org/10.1016/j.cell.2025.08.016

來(lái) 源

公共衛(wèi)生學(xué)院、醫(yī)學(xué)宣傳部

文 字

石宇旗、孫芯蕓

圖 片

受訪者提供、黃奕寧

責(zé) 編

殷夢(mèng)昊

編 輯

黃奕寧

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