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未经处理的污水正日益成为对大量城市人口进行匿名监测的重要监测手段，并已用于监测和量化非法药物消费 、抗菌素耐药性 (AMR)、细菌组、病毒组、人类群体遗传学以及最近的SARS-CoV-2。从 2025 年开始，欧盟计划在服务于100,000 名或更多居民的处理厂实施基于污水的监测。为了对人类群体进行可靠的污水 AMR 监测，首先彻底识别这些城市的多样性（包括它们的新物种）和随时间变化的组成变化将大有裨益。通过这样做，我们可以建立一个正常的基线，有助于检测可能表明存在或出现的偏差。识别新的微生物物种也至关重要，因为它们可能含有未知的抗性基因，从而有可能揭示新的AMR 来源。由于环境细菌本身就拥有大量 AMR 基因，因此区分这些基因的来源对于有针对性地监测与人类活动相关的AMR 基因至关重要。传统的基于培养的方法往往无法捕获环境中的所有细菌，而宏基因组学提供了一个无需培养的方法来直接从污水样本中重建微生物基因组。这种方法不仅有助于更好地了解微生物群落的动态变化，还能在未来更有效地进行病原体和抗性基因的监测。
近日，一项关于欧洲城市污水的宏基因组学研究揭示了新的微生物动态，并提出了污水监测的改进方法。该项工作于2024年8月30日发表在Nature Communications上，论文题目：Time-series sewage metagenomics distinguishes seasonal, human-derived and environmental microbial communities potentially allowing source-attributed surveillance。这项研究对五个主要欧洲城市的污水处理厂进行了两年的采样分析，成功恢复了2332个宏基因组组装的基因组（MAGs），其中1334个是以前未描述过的物种。
在荷兰的鹿特丹和丹麦的哥本哈根，研究发现污水中的微生物群落有明显的季节性变化。而在意大利的博洛尼亚和罗马，以及匈牙利的布达佩斯，偶尔出现了以假单胞菌为主的微生物群落爆发，占样本DNA的高达95%。这些新发现的基因组占了测序DNA的约69%，为污水微生物群的动态提供了新的见解。通过网络群落分析，研究发现了与人类肠道微生物组共享起源的细菌可以形成群落，这表明可以通过这种方法对新物种及其抗性基因进行溯源，从而显著提高城市环境中AMR的跟踪能力。
污水中的微生物群落会随时间和地理位置发生显著变化，这对设计有效的监测策略提出了挑战和机会。未来，随着欧洲计划在2025年开始实施基于污水的监测项目，这些发现将为更好地识别和监测抗菌素抗性提供重要的科学基础。
Abundance and diversity of recovered genomes through time and space. Thousands of species’ genomes recovered de novo from sewage.
参考文献
Becsei, Á., Fuschi, A., Otani, S. et al. Time-series sewage metagenomics distinguishes seasonal, human-derived and environmental microbial communities potentially allowing source-attributed surveillance. Nat Commun 15, 7551 (2024). https://doi.org/10.1038/s41467-024-51957-8
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