近日，中国科学院生态环境研究中心水污染控制实验室魏源送团队与浙江大学、法国INRAE、德国TROPOS、广西农业科学院等单位合作，在微生物学与环境科学领域旗舰期刊《iMeta》（IF：44.4）在线发表题为“Antiviral defense systems drive persistence of antimicrobial-resistant bacteria but limit the transfer of antimicrobial resistance genes in anaerobic digestion”的研究论文。该研究系统揭示了噬菌体-宿主互作在塑造环境耐药性（AMR）中的重要作用，并创新性地提出噬菌体免疫系统（ADS）在耐药菌（ARB）长期赋存与耐药基因（ARGs）传播中的“双刃剑”效应 。
AMR已成为全球面临的重大“全健康（One Health）”危机。传统观点普遍认为，噬菌体主要通过转导作用（Transduction）作为ARGs水平转移的载体。然而，在噬菌体裂解压力下，细菌如何演化出防御机制，以及这些机制如何最终决定ARGs的归趋尚存争议。
针对这一科学难题，研究团队以猪粪厌氧消化反应器为对象，整合了短读长/长读长多组学以及高通量染色体构象捕获（Hi-C）技术，系统重构了复杂环境中的噬菌体-宿主互作网络，成功捕获了超过6100次活跃的噬菌体侵染事件。结果表明，不仅噬菌体介导的“裂解作用”（1524次事件）显著高于“转导作用”（45次事件），而且携带ARGs的噬菌体极少，且噬菌体携带的ARGs未表现出转录活性。这一发现挑战了“噬菌体是ARGs传播载体”的传统认知，证实了噬菌体主要扮演抑制ARB增殖角色。
图1. 噬菌体-宿主互作与噬菌体免疫在环境AMR演替中的“双刃剑”效应机制图
研究进一步揭示了高强度裂解压力引发的噬菌体免疫所带来的生态学后果。为了在噬菌体的猛烈攻击下存活，ARB大量演化并高表达噬菌体免疫系统（如CRISPR-Cas和 R-M系统）。然而，这种免疫防御机制具有显著的生态学“双刃剑”效应：一方面，ADS有效保护了ARB免受噬菌体裂解，促使其在环境中长期赋存（Persistence）；另一方面，由于ADS构筑的泛免疫屏障，它们在降解噬菌体DNA的同时，也对包含质粒在内的外来移动遗传元件（MGEs）进行切割，从而限制了ARGs的水平转移。研究团队通过构建抗噬菌体的模型菌株进行体外接合转移实验，证实了ADS的产生对ARGs水平转移的抑制作用。
基于此机制，团队提出通过人工干预（如热应激或噬菌体悬液回流）加剧噬菌体-宿主互作的新型AMR阻断策略，为环境AMR的“One Health”治理提供了具有转化前景的理论与工程干预路径。
生态环境中心张俊亚研究员为该论文的第一作者，魏源送研究员与德国Hans Hermann Richnow博士为共同通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金（42477403）、国家科技基础资源调查专项（2025FY100705）、广西自然科学基金及德国亚历山大·冯·洪堡基金会等项目的资助。
论文链接：iMeta
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/imt2.70145
水污染控制实验室
2026年6月30日