僅僅是一隻靴子出現在門口，就足以引起小豬們蹄子的噼啪聲，500 只小豬爭先恐後地躲避著邁克·梅爾。“那是健康豬的聲音，”梅爾大聲說道，他是一位在養豬場工作了 30 多年的獸醫。在一個炎熱的六月下午，他走在愛荷華州東部一家育苗場的中央走道上，抱起一隻小豬，用後腿吊著它。他解釋說，新生小豬的肚臍是細菌感染的容易入口。如果這隻豬被感染了，它的肚臍下方就會有一個膿腫，一塊發炎的組織腫塊。“用人類的話來說，她會是一個‘外向型’而不是‘內向型’，”他說，揉了揉小豬健康、粉紅色的肚臍。
大約六年前，這家育苗場爆發的“外向型”病例標誌著美國豬群中首次發現耐甲氧西林金黃色葡萄球菌 (MRSA) 感染。四十多年來，MRSA 一直困擾著世界各地的醫院，並且至少自 1995 年以來一直在醫療保健環境之外感染人類（參見 Nature482, 23–25; 2012）。在美國，它每年導致約 94,000 例感染和 18,000 例死亡。在歐盟，估計每年有超過 150,000 人感染 MRSA。它在美國農場的首次出現預示著許多人認為的危險的人類感染源的擴張。
梅爾與愛荷華州愛荷華市愛荷華大學的流行病學家塔拉·史密斯一起調查了這些感染病例。此後，史密斯啟動了迄今為止最全面的調查之一，旨在調查 MRSA 的存在地點以及如何傳播到農業環境內外。她調查了農場和雜貨店，以及人們的家、鼻子和寵物。她的發現可能有助於結束一場關於農場使用抗生素是否助長了人類耐藥菌感染增加的激烈辯論。
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科學家和健康專家擔心情況確實如此，並且來自農場的耐藥菌正在透過農場工人或肉類逃逸。去年，美國食品和藥物管理局 (FDA) 建議在牲畜中使用抗生素時更加剋制，效仿其他國家的監管機構的做法（參見 Nature481, 125; 2012）。
但肉類和農業行業正在反對這些限制。他們聲稱，導致人類感染的 MRSA 和其他耐藥菌出現在醫院中，並且肉類生產包括安全措施，例如屠宰場的衛生規則，以防止耐藥菌傳播和感染人類。“從農場到餐桌還有很長的路要走，”動物健康研究所的代表羅恩·菲利普斯說，該研究所是位於華盛頓特區的代表獸醫藥品公司的貿易組織。
主要問題是缺乏資料。許多農民不願意讓科學家進入他們的設施，而農場工人——其中許多人在美國是沒有證件的移民——對任何可能想對他們進行取樣的人都持謹慎態度。但史密斯和一小群研究人員開始填補這一空白。約翰·霍普金斯大學位於馬里蘭州巴爾的摩的流行病學家克里斯托弗·希尼說，他們“真正塑造了美國在該領域的知識狀態”。希尼說，史密斯目前的研究可以讓官員“真正說出人們鼻子裡的這些細菌來自哪裡”。
利潤與虧損
在距離愛荷華州艾姆斯市以西約一小時車程的集中動物飼養場 (CAFO) 中，育苗場通常的喧鬧聲被小豬打噴嚏的聲音打斷了，這要歸功於 H1N2 流感的爆發。獸醫兼農場經理克雷格·羅爾斯正在檢查他的“孩子們”，其中一些孩子的鼻子裡流著粘液。“這就像你帶孩子去日託中心一樣，”他說。“過一段時間，他們就會帶著流鼻涕的鼻子回家。”
羅爾斯正在使用疫苗來對抗疫情，但他也正在給豬服用兩種抗生素——氯四環素和達那加特——以預防繼發性細菌感染。這種組合也常用於預防小豬的細菌性腹瀉和其他常見疾病。
圖片來源：Nik Spenser 和《自然》雜誌
這種做法已經很普遍幾十年了。但很少有 CAFO 配備獸醫人員來對抗生素的使用提供建議。他們不是必須這樣做：獸用抗生素通常可以非處方購買。一些 CAFO 經營者對抗生素的使用比羅爾斯更寬鬆。飼料中少量劑量的抗生素可以抑制可能阻礙牲畜生長的低度感染。研究發現，某些抗生素可以將豬的生長速度提高 2.5%，這足以讓農民在盈利和虧損之間做出選擇。在目前的美國市場，農民每磅豬肉可能獲得約 1 美元，而生產成本約為每磅 0.94 美元。雖然農場主並不總是透露他們使用的抗生素的數量或型別，但約翰·霍普金斯大學利弗布林未來中心的研究人員對 FDA 資料的分析發現，2009 年，約 1310 萬公斤——佔當年美國銷售抗生素的 80%——用於農場。
如此大規模地使用抗生素會導致耐藥微生物的產生。在 1976 年的一項 研究 中，馬薩諸塞州波士頓塔夫茨大學醫學院的微生物學家斯圖爾特·利維發現，當農民開始使用四環素時，農場中耐四環素細菌的數量激增。幾個月內，耐藥性已經蔓延到農場工人的腸道微生物中。“你不必看得太遠就能看到耐藥菌轉移到環境中，”利維說。
在人類中，金黃色葡萄球菌通常和平地生活在皮膚和鼻子中。但是，如果細菌透過傷口等途徑進入人體，它可能會變成一種侵略性病原體，並最終進入血液，導致致命的感染。大多數感染都可以被抗生素治癒，但耐藥變種，包括 MRSA，即使不是不可能治癒，也很難治癒。共有 270,000 個菌株，每個菌株都可能有害。
史密斯和她的同事們正在部分透過序列型別 (ST) 來區分愛荷華市周圍的金黃色葡萄球菌菌株，這是一種基於基因組中多個位置的 DNA 序列的分類。梅爾和史密斯在 2007 年在愛荷華州育苗場發現的 序列型別 是 ST398。在此之前，研究人員主要在歐洲見過 ST398，它在歐洲的牲畜和農場工人中被發現，但通常不會引起感染。
但早在兩年前，香港一家 醫院 就報告了 ST398，來自追溯到 2000 年代初的患者樣本。對於史密斯和她的合作者、華盛頓特區喬治華盛頓大學的流行病學家蘭斯·普萊斯來說，這是一個動物和人類感染之間的界限變得模糊的訊號。
2012 年 2 月，普萊斯、史密斯和他們的同事發表了一份 與 ST398 相關的菌株的基因分析，這些菌株是從世界各地的動物和人類中分離出來的。他們發現，產生 ST398 的譜系起源於人類。在某個時候，它交叉進入牲畜，在那裡它獲得了賦予耐藥性和對豬的偏愛的基因，然後又跳回人類。截至 2012 年，ST398 是荷蘭高達 20% 的人類 MRSA 病例的原因，儘管這些感染通常是輕微的。
“在美國，沒有人甚至關注過這些菌株，”史密斯說。她說，醫生通常不會確定是什麼菌株的 MRSA 導致了感染，因此這種細菌可能已經在農場和醫院之間悄悄遷移多年。
史密斯的下一步是看看是否還有其他方法可以讓 MRSA 離開農場。在愛荷華市郊外的一家雜貨店，史密斯從一個金屬圍欄中拉出一輛購物車，從她的錢包裡取出一根無菌棉籤，擦拭了購物車的把手，並將棉籤放入一個塑膠套中。然後她走向肉類專櫃。“我認為普通消費者不會認為這是一種風險，”史密斯說，她拿起一托盤用收縮膜包裝的鮮紅色牛排。她的棉籤已經講述了一個不同的故事。
從 2012 年 1 月開始，史密斯和她的研究助理迪彭德拉·塔帕利亞花費了一年的時間，每週從當地雜貨店（包括這家雜貨店）收集棉籤和肉類樣本。他們幾乎在每種型別的表面上都發現了金黃色葡萄球菌。5% 的購物車攜帶 MRSA。在肉類樣本中，30% 含有金黃色葡萄球菌，11% 含有對多種抗生素具有耐藥性的金黃色葡萄球菌，3% 攜帶 MRSA。尚未公佈的資料還顯示，豬肉產品的 MRSA 水平最高，而標有“無抗生素”的肉類則幾乎沒有或根本沒有。這反映了史密斯和她的同事在來自全州農場的樣本中發現的情況。
選單上
現在，史密斯正在對樣本進行詳細的基因分析，以識別 MRSA 亞型及其可能的來源。她和她的同事在雜貨店樣本中發現了 ST398。但令他們驚訝的是，他們還發現了 ST5，這種菌株通常在醫院和與農場或醫院沒有明顯聯絡的“社群”感染中發現。去年，史密斯和愛荷華州立大學艾姆斯分校的微生物學家兼獸醫蒂莫西·弗拉納發現，獸醫學生在參觀養豬場後，鼻子中攜帶 MRSA，主要攜帶 ST5，其中大部分 對四環素具有耐藥性。牲畜中 ST5 的存在表明，金黃色葡萄球菌菌株可能很容易在豬和人之間移動，並且可能在農場中產生耐藥性。“這是我們研究中最有趣的發現，”弗拉納說。
在實驗室測試中，史密斯和她的同事發現，肉類中攜帶的金黃色葡萄球菌中有 30% 對四環素具有耐藥性。史密斯說，考慮到利維 1970 年代的資料，這並不令人驚訝。但包括希尼和他在約翰·霍普金斯大學的團隊在內的研究人員發現，細菌的耐藥性譜可以提供有關細菌來源的資訊，而序列型別和其他基於基因的分類可能無法提供這些資訊。在一項比較來自不同農場的工人的研究中，耐四環素 MRSA 僅出現在 使用抗生素 的農場的工人中。
在他們研究的最後階段，史密斯和她的同事將嘗試確定 MRSA 是否在農場、家庭和診所之間傳播（參見 “從農場到農場，再回到農場”）。他們正在採集愛荷華市周圍 96 個家庭的 1,300 人的鼻腔樣本，並擦拭門把手、廚房水槽甚至家庭寵物。研究人員正在將他們在這些樣本中發現的金黃色葡萄球菌菌株與他們在雜貨店和農場中發現的 MRSA 菌株以及當地醫生在受感染患者中發現的菌株進行比較。如果某個菌株出現在所有地點，研究人員將對單個分離株的整個基因組進行測序，以追溯其移動和進化。研究結果有可能在農場和臨床 MRSA 病例之間建立第一個完整的聯絡。
禁令與野獸
CAFO 的支持者承認，農場耐藥菌株理論上可能會傳播給人類。但愛荷華州立大學的獸醫和流行病學家斯科特·赫德說，“我不認為這等同於人類健康風險”，他曾進行多項研究以評估耐藥菌透過肉類生產傳播的風險。他說，普通人死於蜂蜇的機率比從豬肉中感染 MRSA 的機率更高。赫德認為，限制在農場使用抗生素可能對人類健康有害。即使是史密斯的雜貨店研究也發現，標為“無抗生素”的肉類含有最高水平的普通金黃色葡萄球菌，這表明未經處理的動物攜帶更多病原體。“動物確實需要治療，”赫德說。
儘管如此，監管機構已經收緊了對抗生素在農場使用的限制。歐盟在 1990 年代後期開始逐步淘汰用於促進生長的抗生素。丹麥率先在 2000 年全面禁止。（然而，聲稱擁有世界一半豬隻人口的中國尚未控制抗生素的使用。）
禁令對耐藥性和人類及動物健康的影響尚不明確。利維和其他禁令的支持者表示，丹麥的結果是積極的，他們指出資料顯示農場抗生素的使用量下降，肉類產量增加。但包括動物健康研究所在內的反對者指出，丹麥用於治療急性疾病的抗生素使用量有所增加，動物死亡人數也有所增加。
去年，在包括紐約國家資源保護委員會在內的幾個團體的不斷施壓下，FDA 釋出了新的指南，呼籲“合理使用”農場抗生素。該機構不鼓勵使用抗生素促進生長，並敦促對藥物進行標籤更改，並對其應用進行更多獸醫監督。並非所有指南都已獲得批准，合規性是自願的。儘管如此，該機構已暗示，如果農民和製藥商在大約三年內不採用這些指南，它將強制執行更嚴格的規定。很少有人對 FDA 的政策感到滿意。養豬戶和肉類行業代表認為此舉是對農民和動物福利的打擊，而抗生素限制的支持者則表示，自願性指南遠遠不夠。與此同時，科學家們一直在敦促 FDA 披露更多關於農民如何使用抗生素的資料，但迄今為止尚未成功。
史密斯擔心農民仍在過度使用抗生素，她希望她目前的研究結果能夠改變他們的看法。她說，農場中的抗生素會引發耐藥菌株的出現，這些菌株會出現在肉類、雜貨店和家庭中，並且會感染人類。“對我來說，這就足夠了，”她說。
與此同時，史密斯表示，她同情那些試圖儘可能安全有效地生產肉類的 CAFO 經營者。她說，儘管人類健康應優先於農場動物，但在研究人員能夠提出安全且具有成本效益的實踐來替代抗生素的使用之前，農民不願做出改變。史密斯說，就目前而言，“我們有點困住了”。