DOI: https://doi.org/10.1038/s41522-025-00746-2
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/40500303
تاريخ النشر: 2025-06-11
المؤلف: Kai-Meng Shang وآخرون
الموضوع الرئيسي: الميكروبيوم المعوي والصحة
نظرة عامة
تدرس الدراسة ميكروبيوم الأمعاء للقوارض البرية كمصدر مهم لجينات مقاومة المضادات الحيوية (ARGs) وجينات عوامل الضراوة (VFGs). من خلال تحليل 12,255 جينوم بكتيري مشتق من الأمعاء، حدد الباحثون ما مجموعه 8,119 ARGs و7,626 VFGs، مع كون ARGs الأكثر شيوعًا تمنح مقاومة للإلفاميسين والمضادات الحيوية متعددة الفئات. ومن الجدير بالذكر أن عائلة Enterobacteriaceae، وخاصة Escherichia coli، أظهرت أعلى وفرة من كل من ARGs وVFGs.
تم العثور على ارتباط قوي بين العناصر الجينية المتنقلة (MGEs) وARGs وVFGs، مما يشير إلى إمكانية الاختيار المشترك والنقل الأفقي لخصائص المقاومة والضراوة بين البكتيريا. تؤكد هذه النتائج على ضرورة تعزيز جهود المراقبة لتتبع وتخفيف المخاطر المرتبطة بنقل البكتيريا المقاومة للمضادات الحيوية والمرضية من القوارض البرية إلى البشر والحيوانات.
طرق
في هذه الدراسة، تم التقاط ما مجموعه 128 قارضًا بريًا لأغراض أخذ عينات بيولوجية، بما في ذلك أنواع مثل *Apodemus agrarius* و*Rattus norvegicus* و*Microtus fortis*، باستخدام الفول السوداني وبذور عباد الشمس كطعم. التزمت طرق الصيد بالبروتوكولات التي تم وضعها مسبقًا وحصلت على موافقة أخلاقية من لجنة رعاية واستخدام الحيوانات في جامعة تشينغداو الزراعية. بالإضافة إلى ذلك، تم استخدام مجموعات بيانات متاحة للجمهور تتكون من 482 ميتاجينوم معوي من القوارض البرية لتعزيز التحليل.
شمل عزل وتسلسل الجينوم الكامل للعزلات البكتيرية تحليل الثقافة لمحتويات الأمعاء من أنواع القوارض المختلفة. تم تخفيف العينات بالتسلسل وزراعتها على وسائط متعددة تحت ظروف هوائية ولا هوائية، تلتها تنقية المستعمرات المختارة. لمعالجة قيود الطرق المعتمدة على الثقافة، دمجت الدراسة تسلسل الميتاجينوم المستقل عن الثقافة. تم تنفيذ تدابير مراقبة الجودة لضمان قوة البيانات، بما في ذلك حدود الحد الأدنى من الوفرة ومرشحات التلوث. تم استخراج الحمض النووي الجيني من الثقافات البكتيرية، وتم تضخيم وتسلسل جينات 16S rRNA. تم محاذاة التسلسلات الناتجة ضد قاعدة بيانات SILVA rRNA للتعرف الضريبي، وتم اختيار العزلات التمثيلية لتسلسل الجينوم الكامل، مما يضمن اكتمالًا عاليًا وتلوثًا منخفضًا في البيانات النهائية.
نتائج
تقدم الدراسة كتالوجًا شاملًا للجينوم لميكروبيوم الأمعاء من القوارض البرية، تم بناؤه من خلال مزيج من الطرق المعتمدة على الثقافة وتسلسل الميتاجينوم. باستخدام ثمانية أنواع من وسائل الثقافة تحت ظروف هوائية ولا هوائية، عزل الباحثون 2,198 ثقافة بكتيرية نقية. بعد تجميع تسلسلات جينات 16S rRNA عند عتبة تشابه 99%، تم اختيار 314 عزلة تمثيلية لتسلسل الجينوم الكامل. بعد مراقبة الجودة، تم استبعاد 33 جينومًا بسبب مستويات تلوث عالية. أسفرت تجميع الميتاجينوم وتصنيف 610 عينة عن 13,780 جينومًا تم تجميعها من الميتاجينوم (MAGs)، والتي، عند تجميعها مع 281 جينوم عزلة عند 99% من هوية النوكليوتيد المتوسطة (ANI)، أسفرت عن إجمالي 12,255 جينومًا على مستوى السلالة.
أظهرت هذه الجينومات نطاقًا واسعًا من الأحجام (0.26 إلى 22.21 Mbp، بمتوسط 2.14 Mbp) ومحتوى GC (22.21% إلى 74.09%، بمتوسط 49.35%). كان متوسط الاكتمال 80.06%، مع متوسط تلوث قدره 1.94%. ومن الجدير بالذكر أن 3,522 جينومًا (28.74%) تم تصنيفها على أنها عالية الجودة، حيث استوفت معايير ≥90% من الاكتمال و<5% من التلوث. كشفت التصنيفات الضريبية أن الجينومات تنتمي إلى 25 شعبة، و33 فئة، و80 ترتيبًا، و166 عائلة، و744 جنسًا، مع كون Bacillota_A (n = 5,501، 44.89%) وBacteroidota (n = 3,961، 32.32%) الأكثر هيمنة. من المهم أن 9,246 جينومًا (75.45%) لم يمكن تصنيفها على مستوى الأنواع، مما يشير إلى وجود أنواع جديدة محتملة عبر 11 شعبة مختلفة.
مناقشة
تدرس الدراسة جينات مقاومة المضادات الحيوية (ARGs) وجينات عوامل الضراوة (VFGs) الموجودة في ميكروبيوم الأمعاء للقوارض البرية، كاشفة عن نتائج مهمة بشأن دورها المحتمل كمخازن لمقاومة المضادات الحيوية (AMR). تم تحديد ما مجموعه 8,119 إطار قراءة مفتوح (ORFs) محتمل لـ ARG، مرتبط بـ 107 فئات مقاومة للأدوية، حيث تمنح 71.65% مقاومة لفئة دوائية واحدة و28.35% لعدة فئات. ومن الجدير بالذكر أن جينات المقاومة المتعددة كانت شائعة، حيث تشكل 39.19% من ARGs المحددة. كما سلطت الدراسة الضوء على دور العناصر الجينية المتنقلة (MGEs) في تسهيل النقل الأفقي للجينات، مع ملاحظة ارتباط قوي بين ملفات MGE وARG، مما يبرز إمكانية انتشار ARG داخل المجتمعات الميكروبية.
علاوة على ذلك، حدد تحليل VFGs 7,626 ORFs تتوافق مع 796 عامل ضراوة متميز، مع كون الالتصاق وتعديل المناعة أكثر الفئات الوظيفية شيوعًا. يثير التواجد المشترك لـ ARGs وVFGs في نفس العوائل البكتيرية مخاوف صحية عامة، حيث يمكن أن تنقل هذه الميكروبات كل من خصائص المقاومة والضراوة إلى كائنات أخرى. تم تحديد Escherichia coli كالعائل الرئيسي لكل من ARGs وVFGs، مما يبرز دورها كناقل رئيسي لمقاومة المضادات الحيوية ضمن إطار الصحة الواحدة. تؤكد النتائج على ضرورة تعزيز مراقبة سكان القوارض البرية لمراقبة ديناميات AMR وتخفيف المخاطر الصحية العامة المحتملة المرتبطة بالحياة البرية.
DOI: https://doi.org/10.1038/s41522-025-00746-2
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/40500303
Publication Date: 2025-06-11
Author(s): Kai-Meng Shang et al.
Primary Topic: Gut microbiota and health
Overview
The study investigates the gut microbiota of wild rodents as a significant reservoir for antibiotic resistance genes (ARGs) and virulence factor genes (VFGs). Analyzing 12,255 gut-derived bacterial genomes, the researchers identified a total of 8,119 ARGs and 7,626 VFGs, with the most common ARGs conferring resistance to elfamycin and multi-class antibiotics. Notably, the Enterobacteriaceae family, especially Escherichia coli, exhibited the highest abundance of both ARGs and VFGs.
A strong correlation was found between mobile genetic elements (MGEs), ARGs, and VFGs, suggesting a potential for co-selection and the horizontal transfer of resistance and virulence traits among bacteria. These results emphasize the necessity for enhanced surveillance efforts to track and mitigate the risks associated with the transmission of antimicrobial-resistant and pathogenic bacteria from wild rodents to human and animal populations.
Methods
In this study, a total of 128 wild rodents were captured for biological sampling, including species such as *Apodemus agrarius*, *Rattus norvegicus*, and *Microtus fortis*, using peanuts and sunflower seeds as bait. The trapping methods adhered to previously established protocols and received ethical approval from the Institutional Animal Care and Use Committee of Qingdao Agricultural University. Additionally, publicly available datasets comprising 482 gut metagenomes from wild rodents were utilized to enhance the analysis.
The isolation and whole genome sequencing of bacterial isolates involved culturomics analysis of cecal contents from various rodent species. Samples were serially diluted and cultured on multiple media under aerobic and anaerobic conditions, followed by purification of selected colonies. To address the limitations of culture-based methods, the study integrated culture-independent metagenomic sequencing. Quality control measures were implemented to ensure data robustness, including minimum abundance cutoffs and contamination filters. Genomic DNA was extracted from bacterial cultures, and the 16S rRNA genes were amplified and sequenced. The resulting sequences were aligned against the SILVA rRNA database for taxonomic identification, and representative isolates were selected for whole genome sequencing, ensuring high completeness and low contamination in the final data.
Results
The study presents a comprehensive genome catalog of the gut microbiome from wild rodents, constructed through a combination of culture-dependent methods and metagenomic sequencing. Utilizing eight types of culture media under both aerobic and anaerobic conditions, researchers isolated 2,198 pure bacterial cultures. After clustering 16S rRNA gene sequences at a 99% similarity threshold, 314 representative isolates were selected for whole genome sequencing. Following quality control, 33 genomes were excluded due to high contamination levels. The metagenomic assembly and binning of 610 samples resulted in 13,780 metagenome-assembled genomes (MAGs), which, when clustered with the 281 isolate genomes at 99% average nucleotide identity (ANI), yielded a total of 12,255 strain-level genomes.
These genomes exhibited a wide range of sizes (0.26 to 22.21 Mbp, average 2.14 Mbp) and GC content (22.21% to 74.09%, mean 49.35%). The mean completeness was 80.06%, with an average contamination of 1.94%. Notably, 3,522 genomes (28.74%) were classified as high-quality, meeting the criteria of ≥90% completeness and <5% contamination. Taxonomic classification revealed that the genomes belonged to 25 phyla, 33 classes, 80 orders, 166 families, and 744 genera, with Bacillota_A (n = 5,501, 44.89%) and Bacteroidota (n = 3,961, 32.32%) being the most dominant. Importantly, 9,246 genomes (75.45%) could not be classified at the species level, suggesting the presence of potentially novel species across 11 different phyla.
Discussion
The study investigates the antibiotic resistance genes (ARGs) and virulence factor genes (VFGs) present in the gut microbiota of wild rodents, revealing significant findings regarding their potential role as reservoirs for antimicrobial resistance (AMR). A total of 8,119 putative ARG open reading frames (ORFs) were identified, associated with 107 drug resistance categories, with 71.65% conferring resistance to a single drug class and 28.35% to multiple classes. Notably, multidrug resistance genes were prevalent, constituting 39.19% of the identified ARGs. The study also highlighted the role of mobile genetic elements (MGEs) in facilitating horizontal gene transfer, with a strong correlation observed between MGE and ARG profiles, underscoring the potential for ARG dissemination within microbial communities.
Moreover, the analysis of VFGs identified 7,626 ORFs corresponding to 796 distinct virulence factors, with adherence and immune modulation being the most common functional categories. The co-occurrence of ARGs and VFGs in the same bacterial hosts raises public health concerns, as these microbes could transmit both resistance and virulence traits to other organisms. The predominant host for both ARGs and VFGs was identified as Escherichia coli, emphasizing its role as a key vector of AMR within the One Health framework. The findings underscore the necessity for enhanced surveillance of wild rodent populations to monitor AMR dynamics and mitigate potential public health risks associated with wildlife.