Active antibiotic resistome in soils unraveled by single-cell isotope probing and targeted metagenomics

抵抗性 基因组 生物 抗生素耐药性 流动遗传元素 基因组 计算生物学 生物技术 遗传学 抗生素 基因
作者
Hong-Zhe Li,Kai Yang,Hu Liao,Simon Bo Lassen,Jian‐Qiang Su,Xian Zhang,Cui Li,Yong‐Guan Zhu
出处
期刊:Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America [National Academy of Sciences]
卷期号:119 (40): e2201473119-e2201473119 被引量:65
标识
DOI:10.1073/pnas.2201473119
摘要

Antimicrobial resistance (AMR) in soils represents a serious risk to human health through the food chain and human–nature contact. However, the active antibiotic-resistant bacteria (ARB) residing in soils that primarily drive AMR dissemination are poorly explored. Here, single-cell Raman-D 2 O coupled with targeted metagenomics is developed as a culture-independent approach to phenotypically and genotypically profiling active ARB against clinical antibiotics in a wide range of soils. This method quantifies the prevalence (contamination degree) and activity (spread potential) of soil ARB and reveals a clear elevation with increasing anthropogenic activities such as farming and the creation of pollution, thereby constituting a factor that is critical for the assessment of AMR risks. Further targeted sorting and metagenomic sequencing of the most active soil ARB uncover several uncultured genera and a pathogenic strain. Furthermore, the underlying resistance genes, virulence factor genes, and associated mobile genetic elements (including plasmids, insertion sequences, and prophages) are fully deciphered at the single-cell level. This study advances our understanding of the soil active AMR repertoire by linking the resistant phenome to the genome. It will aid in the risk assessment of environmental AMR and guide the combat under the One Health framework.
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