畜禽粪污既是农业养分循环的关键物质载体，也是抗生素抗性基因（ARGs）进入环境的重要潜在途径。厌氧消化与好氧堆肥联用工艺在实现有机废弃物无害化处理的同时，兼具养分与资源回收功能。然而，其对抗性基因的削减效果不宜仅以总丰度变化作为单一评价指标。现有研究多集中于单一处理单元中ARGs丰度及其宿主细菌群落的静态特征，而对连续处理过程中具有高传播风险的ARGs及其可存活宿主菌在工艺末端（如腐熟堆肥或沼液）中的持续存在机制，仍缺乏系统性认知。此外，群体感应（quorum sensing, QS）是微生物通过信号分子交流并协同调控群体行为的过程，噬菌体则通过特异性感染宿主参与微生物种群调节，二者与处理末端ARGs残留及宿主谱动态演替之间的关联尚不明确。因此，系统解析ARGs及其宿主菌在多级生物处理过程中的动态演变规律，并深入阐明其与群体感应系统及病毒组（尤其是噬菌体）之间的生态互作关系，对构建科学、精准的农业废弃物资源化过程抗性风险评估体系具有重要理论价值与实践意义。

本研究以北京市一座日处理能力为450吨的有机废弃物资源化处理厂中以牛粪为原料的厌氧消化—好氧堆肥联用工艺为研究对象，基于同一批次连续运行过程的五个典型处理阶段采集样品，开展宏基因组与病毒组联合分析。研究发现，ARGs总相对丰度在厌氧消化阶段显著升高，随后在好氧堆肥过程中逐步降低；然而，仍有17种高风险抗性基因在五个阶段均可检出。通过基因组重建，研究团队在共同携带抗性基因、移动遗传元件与毒力因子基因的类群中识别出96个末端高风险宏基因组组装基因组，以芽孢杆菌门和放线菌门为主。值得关注的是，其中93.75%携带群体感应相关调控基因LuxR，LuxR及DGC的丰度与抗性基因、毒力因子基因丰度均呈显著正相关（R² ＞ 0.82，P ＜ 0.001），从而将微生物信号交流潜力与高风险宿主的基因携带特征联系起来。病毒群落以预测裂解型噬菌体为主，病毒丰度与末端高风险宿主丰度呈负向关联，但部分噬菌体与其预测宿主的丰度变化不同步。探索性结构方程模型进一步证实了病毒丰度对末端高风险宿主丰度的负向调控效应，并揭示了若干噬菌体类群与其预测宿主之间存在非耦合的丰度演替模式。该研究为从病毒生态学视角解析农业废弃物处理末端高风险宿主的持续存留机制提供了新线索。

该研究将ARGs在多级处理过程中的动态演变特征与末端潜在宿主的系统识别相结合，揭示了尽管ARGs总相对丰度显著降低，但具有高传播风险的携带菌群仍可能持续存留于终产物中。在此基础上，进一步从群体感应调控网络及病毒—宿主互作两个前沿生态维度，深化了对残留抗性风险形成机制的理解。上述发现为农业废弃物资源化产物还田前的风险管控提供了新视角，即需同步评估残留ARGs、其可存活宿主菌及其关键生态关联；同时也为后续开展多季节尺度、多类型处理设施的实地调查，以及设计靶向群体感应抑制或宿主特异性噬菌体干预等策略的验证性实验，奠定了理论基础并指明了可行路径。研究成果以“Viromic and Metagenomic Analyses Reveal Distribution and Dissemination of Antibiotic Resistance Genes in Anaerobic Digestion-composting Systems: Roles of Quorum Sensing and Viruses”为题，发表于国际微生物生态学期刊Microbiome。中国科学院城市环境研究所2024级博士生林来昌为第一作者，杨小茹研究员和李虎副研究员为共同通讯作者。该研究工作得到国家重点研发计划（2024YFD1700702）、国家自然科学基金（42307478）及“一带一路”国际科学组织联盟（ANSO-PA-2023-18）的资助。

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厌氧消化—好氧堆肥系统中的抗性残留及群体感应与病毒的潜在作用

（文：城市土壤生物地球化学过程创新团队；图：城市土壤生物地球化学过程创新团队）