再生水灌溉土壤抗生素耐药菌群落融合与传播机制研究

20250115

水利、环境和公共设施管理业

（1）“土壤多介质抗生素耐药性高通量探测及溯源方法”科技成果的转化具备以下基础：课题组近年来一直致力于环境耐药性的研究，在环境耐药性风险防控前沿技术的开发研究方面取得了系列成果，为土壤多介质抗生素耐药性高通量探测及溯源方法的研发提供了坚实的理论基础和技术支撑。该科技成果结合了高通量宏基因组测序技术、生物信息学分析技术、机器学习、深度神经网络等多种分析技术，这些技术的联用可以优化不同技术的优点，提高探测通量和灵敏度以及解析准确性，为土壤中抗生素耐药性的高通量探测和来源追溯提供了可能。（2）技术成熟程度。从技术上看，该科技成果已经取得了一定的成熟度，其中，基于高通量宏基因组测序的“微生物组-抗性组-移动基因组-毒力组”自动化精细辨识分析系统已经被成功应用于“水-土”介质抗生素耐药菌和耐药基因的示踪和量化，表明该技术在实际应用中具有可靠性和准确性。通过优化前处理方法和检测手段，已经建立了能够同时检测多种抗生素的高通量检测方法，提高了检测效率和准确性。结合清单分析、受体模型、指纹谱分析、稳定同位素分析、正定矩阵分解和污染物迁移扩散模拟等技术，已经初步探索了抗生素耐药性的溯源方法，为进一步的转化应用提供了基础。（3）工艺，性能等指标参数。该科技成果在检测灵敏度、准确性、稳定性等方面表现出色。其中，基于高通量宏基因组测序的“微生物组-抗性组-移动基因组-毒力组” 自动化精细辨识分析系统，可以同时探测“水-土”样品中超千种耐药基因和耐药菌；基于基因特征指纹谱溯源具有较高的预测准确性和特异度，溯源结果较好地反映不同污染水平、不同源类型比例的人工源-汇模拟情景的预期产出。（4）科技成果转化所处阶段。目前，该科技成果转化处于实验室研究阶段。虽然该科技成果在实验室中已经取得了一定的研究成果，但还需要进一步验证和优化其在实际应用中的稳定性和可靠性。

科技成果“土壤多介质抗生素耐药性高通量探测及溯源方法”在转化合作方面，主要是基于技术研发、应用实践及后续研究的需求，对拟合作方提出以下要求：（1）资金：该科技成果的转化和应用需要一定的资金支持，包括但不限于技术研发的深入、设备的购置与维护、人员的培训与引进、试验材料的采购以及市场推广等费用。拟合作方应具备充足的资金储备或融资渠道，以确保项目的顺利进行和持续发展。（2）场地：需要有专门的实验室和试验场地，以满足高通量探测和溯源方法的实施。这些场地应具备完善的设施，如通风、照明、温湿度控制等，以确保实验的准确性和安全性。实验室应满足相关法律法规和标准的要求，具备相应的资质和认证。（3）设备：需要配备高精度的仪器设备，如液相色谱-质谱联用仪（LC-MS/MS）、气相色谱-质谱联用仪（GC-MS/MS）、拉曼光谱仪、单细胞分选与测序系统等，以支持高通量探测和溯源方法的实施。这些设备应具备高精度、高灵敏度和高稳定性，以确保实验结果的准确性和可靠性。同时，需要建立完善的设备管理制度和维护体系，确保设备的正常运行和长期稳定性。（4）人员：拟合作方应拥有一支高素质、专业化的技术团队，包括具备相关学科背景和工作经验的研究人员、技术人员和操作人员。团队成员应具备扎实的理论基础和实践经验，能够熟练掌握高通量探测和溯源方法的相关技术和流程。同时，需要注重团队建设和人才培养，不断提升团队的整体素质和创新能力。（5）此外，在科技成果转化合作过程中，还需要注重知识产权的保护和管理，确保科技成果的合法性和有效性。同时，双方应建立紧密的合作关系，加强沟通和协调，共同推动科技成果的转化和应用。

可国（境）内外转让

科技成果“土壤多介质抗生素耐药性高通量探测及溯源方法”的转化预期效益显著，不仅体现在经济社会效益上，还对环境保护和公共卫生事业具有深远影响。（1）经济社会效益方面，可以推动相关产业发展，提升检测效率与准确性、促进国际合作与交流。该成果的转化将促进抗生素耐药性检测技术的升级和产业化，推动相关检测设备和试剂的研发与生产，形成新的经济增长点。同时，该技术还可应用于环境监测、食品安全、农业生产等多个领域，带动相关产业的协同发展。高通量探测技术能够大幅提高检测效率，缩短检测周期，降低检测成本。溯源方法的完善则有助于准确识别抗生素耐药性的来源，为制定有效的防控策略提供科学依据。该成果的转化将提升我国在抗生素耐药性研究领域的国际影响力，促进与国际先进技术的交流与合作。通过参与国际标准和规范的制定，推动全球抗生素耐药性问题的共同应对。（2）环境保护效益方面，可以减少抗生素污染、保护生物多样性。该技术能够准确探测土壤中的抗生素残留及其耐药性情况，为制定针对性的污染控制措施提供数据支持。通过减少抗生素的滥用和排放，降低对土壤生态系统的破坏，保护生态环境安全。抗生素耐药性的传播对生物多样性构成威胁。该技术的转化有助于及时发现并控制耐药性的传播，保护生物多样性和生态平衡。（3）公共卫生效益方面，可以保障食品安全、预防和控制感染性疾病、提升公众健康水平。土壤中抗生素耐药性的存在可能通过食物链传递到人类，对食品安全构成威胁。该技术的转化有助于监测和控制食品中的抗生素残留及其耐药性情况，保障食品安全。抗生素耐药性的增加导致感染性疾病的治疗难度加大。该技术的转化有助于及时发现并控制耐药菌的传播，为感染性疾病的预防和治疗提供有力支持。通过减少抗生素耐药性的传播和感染性疾病的发生，该技术的转化有助于提升公众的健康水平和生活质量。

北京市自然科学基金面上项目

北京市科学技术委员会;中关村科技园区管理委员会

本科技成果来源于北京市自然科学基金项目，项目名称是：再生水灌溉土壤抗生素耐药菌群落融合与传播的机制（批准编号：8222059）。项目研究过程中，形成了一套土壤多介质抗生素耐药性高通量探测及溯源方法。该技术方法是在再生水灌溉群落融合、耐药菌土壤迁移和耐药基因水平转移等实验的基础上，通过集成技术创新应用，研发的用以探测“水-土”界面耐药菌群落融合以及土壤多介质“微生物组-抗性组-移动基因组”时空变化的技术方法，可以支持构建再生水灌溉“水-土”界面耐药菌群落融合及其在土壤多介质中传播的实验模拟技术体系，用以探究再生水灌溉抗生素耐药菌群落融合的分子生态学机制。 该方法在高通量测序、宏基因组装、基因预测、基因组封箱、功能基因标注等分子生物学和生物学信息学基础上，从多个维度（耐药基因、耐药菌、病原体、抗金属等共出现基因、移动基因元件和耐药基因通路）自动化辨析“水-土”介质中“微生物组-抗性组-移动基因组-毒力组”等的时空变化特征；继而通过构建宏基因组特征指纹谱，利用改进的机器学习模型SourceTracker、高效的基于期望最大化方法FEAST等先进技术，解析再生水灌溉耐药菌群落融合及扩散传播的土壤多介质中耐药基因污染的来源。其关键性技术指标主要包括耐药菌和耐药基因丰度和多样性，耐药基因宿主识别和风险评估，耐药性污染的主要来源及其贡献比例。 该科技成果具有广泛的应用前景，包括但不限于以下几个方面：（1）环境监测：可用于监测土壤、水体等环境介质中的抗生素残留及其耐药性情况，为环境风险评估和污染控制提供数据支持。（2）农业生产：在农业生产中，该技术可用于检测农产品生产环境中的抗生素残留和耐药性，确保食品安全，指导农业生产实践，减少抗生素的不当使用。（3）公共卫生：通过监测抗生素耐药性的传播情况，该技术有助于预防和控制感染性疾病的发生，维护公共健康。（4）科学研究：该技术还可用于研究抗生素的环境行为、生态效应以及抗生素抗性机制的发展，为相关领域的科学研究提供有力支持。