自20世紀(jì)40年代以來(lái)，抗生素已經(jīng)有效地治療了某些細(xì)菌性疾病。但多年來(lái)，一些細(xì)菌已經(jīng)對(duì)曾經(jīng)殺死它們的抗生素產(chǎn)生了抵抗力。根據(jù)美國(guó)疾病控制和預(yù)防中心的數(shù)據(jù)，每年，美國(guó)約有200萬(wàn)人感染了抗生素耐藥細(xì)菌。雖然抗生素耐藥性通常被認(rèn)為是人類和動(dòng)物過(guò)度使用抗生素的結(jié)果，但情況并非總是如此。Lisa Durso是內(nèi)布拉斯加州林肯市農(nóng)業(yè)研究局(ARS)農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)管理研究小組的微生物學(xué)家，他最近在草原土壤中發(fā)現(xiàn)抗生素抗性細(xì)菌，這些細(xì)菌很少或根本沒(méi)有接觸過(guò)人類或動(dòng)物。

Durso屬于全國(guó)范圍的ARS科學(xué)家網(wǎng)絡(luò)，負(fù)責(zé)調(diào)查與農(nóng)業(yè)相關(guān)的抗生素抗性，分享關(guān)鍵信息并開(kāi)發(fā)解決方案。他們的研究涉及檢查與食品安全，動(dòng)物生產(chǎn)和保護(hù)以及環(huán)境有關(guān)的抗生素耐藥性。

在抗藥性方面，科學(xué)家通常會(huì)測(cè)量三件事：藥物(人們服用或給予動(dòng)物的抗生素)，“蟲子”(可能具有抗性的細(xì)菌)和基因(編碼抗性的細(xì)菌中的DNA指令)。Durso解釋說(shuō)，基因通常存在于細(xì)胞中，但并非總是如此。細(xì)胞死亡后，基因可以存留在土壤中。

“抗生素抗性細(xì)菌和基因天然存在，”Durso補(bǔ)充道。“研究顯示土壤樣品中的抗生素抗性可以追溯到猛犸象的時(shí)代。這是因?yàn)榭股?，如青霉素，最初?lái)自真菌或其他細(xì)菌 - 天然存在于土壤中。”

根據(jù)Durso的說(shuō)法，確定農(nóng)場(chǎng)和環(huán)境中抗生素抗性來(lái)源的一個(gè)障礙是測(cè)量。在添加了糞肥的土壤中(通過(guò)動(dòng)物或通過(guò)傳播)中發(fā)現(xiàn)的抗生素抗性細(xì)菌和抗生素抗性基因提供了關(guān)于樣本位點(diǎn)(例如飼養(yǎng)場(chǎng))中當(dāng)前存在的有價(jià)值的信息。值得關(guān)注的是，即使糞便中的細(xì)菌死亡，它們的基因也可以存留在土壤中。如果沒(méi)有收集抗生素耐藥性的基線水平，那么科學(xué)家將難以從自然發(fā)生的耐藥性中挑選出人類抗生素使用引起的耐藥性。

“為了確定食物 - 動(dòng)物抗生素使用對(duì)抗性的影響，在測(cè)量農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的抗性時(shí)，必須考慮并減去基線的抗性水平，”Durso說(shuō)。

為了解決這個(gè)問(wèn)題，Durso和她的團(tuán)隊(duì)研究了過(guò)去20年來(lái)沒(méi)有人類影響且沒(méi)有動(dòng)物放牧的原生草原土壤。該團(tuán)隊(duì)與眾多合作伙伴(包括土地所有者，學(xué)術(shù)界人士以及州游戲和公園委員會(huì)的工作人員)合作，確定內(nèi)布拉斯加州東南部的20個(gè)原生草原符合這些標(biāo)準(zhǔn)。

從這些地點(diǎn)收集土壤樣品并篩選抗生素抗性細(xì)菌。所有樣品都含有對(duì)四環(huán)素和頭孢噻肟具有抗性的細(xì)菌，從草原土壤中分離出的近一半細(xì)菌對(duì)兩種或多種抗生素具有抗性。

“我們實(shí)際上測(cè)量了土壤中的總DNA，并分離出了所有的DNA，我們認(rèn)為這些DNA主要來(lái)自活細(xì)胞，”Durso說(shuō)。

該發(fā)現(xiàn)還包括91%的樣本中的一種磺胺類抗生素基因。被認(rèn)為是人類活動(dòng)的標(biāo)志物，盡管在這些位點(diǎn)缺乏人類活動(dòng)，但該基因仍然存在。

“其他研究表明磺胺類抗生素基因與人類活動(dòng)有關(guān)，可以作為測(cè)量的基礎(chǔ)，”Durso說(shuō)。“然而，我們的研究結(jié)果表明，如果我們?cè)趦?nèi)布拉斯加州的飼養(yǎng)場(chǎng)看到磺胺基因，我們就不能斷定這是由于人類活動(dòng)，因?yàn)槲覀冊(cè)谶@些草原上看到它們的數(shù)量相當(dāng)多。”

Durso補(bǔ)充說(shuō)，非常需要降低農(nóng)業(yè)環(huán)境中的抗生素耐藥性?？茖W(xué)家需要確定的第一件事是減少的現(xiàn)實(shí)目標(biāo) - 他們可以測(cè)量的低水平?這些發(fā)現(xiàn)為回答這些問(wèn)題和實(shí)施降低農(nóng)業(yè)生產(chǎn)抗生素抗性的策略提供了基礎(chǔ)。

“我們希望農(nóng)場(chǎng)能夠?qū)股禺a(chǎn)生零抗性是不現(xiàn)實(shí)的，因?yàn)榧词乖谧匀画h(huán)境中，你也會(huì)看到阻力，”Durso說(shuō)。“我們能夠利用這些數(shù)據(jù)為自然發(fā)生的情況設(shè)定基線。它為我們找到了如何最好地管理農(nóng)田抗生素抗性的起點(diǎn)。”