农村固体废弃物中抗生素及耐药基因的赋存及风险管理

全球范围内抗生素抗性的传播扩散严重威胁人类健康。固体废弃物中的生活垃圾、污泥和畜禽粪便是抗生素及耐药基因的重要储库。针对新型环境污染物抗生素和耐药基因,综述了农村固废中抗生素及耐药基因的赋存和传播扩散,阐述了农村固废中抗生素及细菌耐药的生态风险、控制管理和消除方法,并结合目前抗生素及耐药基因的污染状况,对今后研究重点进行了展望。     

生态毒理学教学专栏寄语

抗生素的长期滥用,使得环境细菌耐药性不断增强,加速了耐药基因(antibiotics resistance genes,ARGs)在环境中的传播扩散,并给饮用水带来健康风险。在介绍饮用水中抗生素和耐药基因污染现状的基础上,阐述了耐药基因在饮用水中的来源和归趋,对环境中抗生素和耐药基因的人体健康风险做了初步探讨,针对目前饮用水的污染现状,对今后有关饮用水中细菌耐药的研究进行了展望。     

饮用水中细菌耐药及其健康风险研究进展

抗生素的长期滥用,使得环境细菌耐药性不断增强,加速了耐药基因(antibiotics resistance genes,ARGs)在环境中的传播扩散,并给饮用水带来健康风险。在介绍饮用水中抗生素和耐药基因污染现状的基础上,阐述了耐药基因在饮用水中的来源和归趋,对环境中抗生素和耐药基因的人体健康风险做了初步探讨,针对目前饮用水的污染现状,对今后有关饮用水中细菌耐药的研究进行了展望。     

畜禽养殖过程抗生素使用与耐药病原菌及其抗性基因赋存的研究进展

兽用抗生素在提高畜禽生产性能、防治疾病方面发挥着重要作用,目前全球超过一半以上抗生素用于畜禽养殖,畜禽养殖源耐药病原菌、抗性基因及其传播风险愈益得到人们的重视。我国是畜禽养殖和抗生素使用大国,但兽用抗生素使用、病原菌耐药水平及其抗性基因类型等数据却较为缺乏,不利于今后畜禽养殖源耐药病原菌及其传播风险的控制。因此,本文通过文献调研,对我国和主要发达国家的兽用抗生素使用情况、畜禽养殖源耐药病原菌及其携带的抗性基因、基因移动元件以及向环境传播的途径进行分析、总结,以期为规范合理用药、降低耐药病原菌及其抗性基因传播风险,建立从畜禽养殖场至公共环境全过程的抗性污染控制链条提供借鉴。     

人体肠道耐药基因组的研究进展

人类肠道菌群是耐药基因(antibiotic resistance genes,ARGs)的"储存库",且与人体健康密切相关。目前,抗生素的滥用严重,进一步加剧了耐药基因的传播和扩散。细菌耐药问题严重影响人体健康、食品安全和生态安全,携带耐药基因的致病菌对临床治疗造成巨大威胁。本文结合国内外研究进展,在总结人体肠道耐药基因组研究方法的基础上,探讨了肠道耐药基因的组成、来源、传播和进化,并对未来研究进行了展望,旨在促进公众对肠道耐药基因的认知,并为抗生素的合理使用提供理论支持。     

蛋鸡场中大肠杆菌对抗生素及消毒剂的耐药性

为了解蛋鸡场中抗生素、消毒剂的耐药情况,从蛋鸡场的环境(粪便、土壤、水体等)和鸡蛋中分离大肠杆菌,测定7种抗生素和2种季铵盐消毒剂对大肠杆菌的最低抑制浓度(Minimum inhibitory concentration,MIC),检测18种抗生素耐药基因和5种季铵盐消毒剂耐药基因,并对大肠杆菌进行脉冲场凝胶电泳(Pulsed-field gel electrophoresis,PFGE)分析.共得到44株大肠杆菌;大肠杆菌对抗生素耐药率为6.82%-90.91%,对土霉素(OTC)耐药率最高,对庆大霉素(CN)耐药率最低,所有大肠杆菌对头孢噻呋钠(CFS)表现敏感,一共产生14种不同的耐药谱型,其中,AMLTMP-OTC是最主要的谱型(N=10,P=23.81%);抗生素耐药基因检出率为2.27%-84.09%,tet C检出率最高,qnr A检出率最低.消毒剂苯扎氯铵(Benzalkonium chloride,BC)、氯化十六烷基吡啶(Cetylpyridinium chloride,CPC)对大肠杆菌的MIC范围分别为8-64μg/m L、4-256μg/m L,仅检测出qac EΔ1耐药基因(N=18,P=40.91%),qac EΔ1阳性大肠杆菌与甲氧苄啶(TMP)耐药表型存在显著相关性(P0.05);44株大肠杆菌PFGE基因型相似性在32.11%-96.62%之间.本研究表明蛋鸡场中大肠杆菌存在交叉传播的情况,对部分抗生素耐药性严重,同时对消毒剂出现耐药性,应引起足够重视.     

养殖虾塘常见耐药菌的分离鉴定与耐药基因检测

了解水产养殖区中抗生素耐药菌的分布及抗生素耐药基因的污染现状,有助于科学、合理地使用抗生素。采用诺氟沙星抗性平板和红霉素抗性平板统计虾塘泥样和水样中耐药微生物数量,从中筛选得到60株耐药菌株。基于16Sr DNA序列分析完成部分菌株的鉴定,同时,对耐药菌株携带的喹诺酮类(诺氟沙星)抗性基因gyr A及大环内酯类(红霉素)抗性基因erm B进行了扩增及测序分析。结果表明,虾塘水样细菌在诺氟沙星抗性平板中均未生长,虾塘泥样细菌对诺氟沙星的耐药率分别为0.36%、0.82%;1号虾塘泥样和水样中细菌对红霉素的耐药率分别为23.33%、18.50%,2号虾塘泥样和水样中细菌对红霉素的耐药率分别为20.00%、12.50%。耐药菌16S rDNA鉴定结果如下:南极适冷菌(Rheinheimera sp.)7株、不动杆菌(Acinetobacter sp.)6株、微杆菌(Microbacterium sp.)3株、厦门希瓦氏菌(Shewanella xiamenensis)2株、嗜水气单胞菌(Aeromonashydrophila)2株、豚鼠气单胞菌(Aeromonascaviae)1株。1号虾塘gyr A检出率为43.33%,erm B检出率为30.00%;2号虾塘gyr A检出率为10.00%,erm B检出率为70.00%。耐药基因序列比对结果显示,所测菌株序列与数据库中相应耐药基因序列相似性均≥97%。     

磺胺类耐药菌中抗性基因sul的表达规律

抗生素环境污染是影响抗生素抗性基因传播和扩散的主要因素,然而关于抗生素耐药菌在抗生素暴露下抗性基因的表达机制研究甚少。本研究利用RT-PCR方法检测了土壤中优势耐药菌菌株炭疽芽孢杆菌(Bacillus anthracis SYN201,G+)和弗氏志贺菌菌株(Shigella flexneri NJJN802,G-)在含有不同浓度磺胺类药物的培养基中生长不同时间后抗性基因(sul 1、sul 2、sul 3)的表达变化。结果发现:无论培养基中是否存在磺胺类药物,菌株SYN201和NJJN802中的3种磺胺类抗性基因均分别在培养的第72小时或36小时出现一个明显的表达峰,而在其他培养时间下不表达或表达量处于相对极低的水平;磺胺嘧啶的存在有助于提高菌株在此特征表达时间下抗性基因的表达水平,与未加磺胺嘧啶组相比,暴露于磺胺嘧啶(60μg·m L~(-1))组的sul 1、sul 2和sul 3在菌株SYN201中的相对表达量分别提高了2.5、4.8和3.2倍,而在菌株NJJN802中的相对表达量分别提高了3.7、6.0和5.0倍。通过将耐药菌暴露于不同磺胺嘧啶浓度下考察sul基因相对表达情况,研究发现随着培养基中磺胺嘧啶浓度的升高(0~1 024μg·m L~(-1)),菌株SYN201和NJJN802中sul基因的表达量整体上呈现出明显的上升趋势。本研究对揭示磺胺耐药菌的抗性表达规律及抗生素暴露对其抗性表达发挥的作用具有重要意义。     

牛粪发酵过程中抗生素耐药基因及相关菌群组成变化规律

随着规模化奶牛养殖迅速发展,牛粪带来的环境污染问题日益严重。实验探究牛粪及其堆肥过程中养分变化、抗生素耐药基因消减情况以及细菌群落演替规律,探讨细菌菌群与养分、抗生素耐药基因之间的相关性。采集牛粪及其堆肥过程样品,测定样品中养分、检测抗生素耐药基因相对丰度,采用16S r RNA高通量测序技术研究牛粪堆肥过程细菌群落变化。结果表明,从新鲜牛粪(组FM)到发酵牛粪(组C),样品中有机质含量下降,全氮和全磷含量有不同程度增加,全钾(TK)显著升高(P<0.05)。堆肥发酵后,抗生素耐药基因erm B、tet M、bla CTX-M和aac(6')-Ib-cr的相对丰度呈现不同程度的下降,而基因sul1相对丰度增加。高通量测序结果表明,在门水平,各组均以Firmicutes、Proteobacteria和Bacteroidetes这3个菌门为主,在属水平,各组具有不同的优势物种,其中发现Bacteroides、Paeniclostridium和Pseudomonas等7个潜在病原菌属的相对丰度在堆肥后有效降低。通过相关性分析发现,潜在病原菌属与基因tet M和sul1呈显著正相关(P<0.05),此外,大部分优势菌属与养分TK有显著相关性(P<0.05)。研究结果表明,牛粪经堆肥发酵后,病原菌相对丰度有效降低,抗生素耐药基因相对丰度的下降与细菌菌群结构变化存在相关关系。     

耐药菌的环境分布、传播及新型抗菌技术研究进展

抗生素的广泛使用导致细菌耐药性增加、多重耐药菌菌群数量急剧增多,严重威胁着人类生命健康.环境中耐药菌（ARB）及耐药基因（ARGs）的存在给临床治疗耐药菌感染带来了巨大挑战.有关医院中常见耐药致病菌的研究已有很多,尚缺乏环境中耐药菌的分布、传播及新型耐药菌抗菌技术等的相关研究.本文综述了耐药菌的环境分布特征及其传播机制,概述了新型抗菌技术及其应用,最后展望了有关环境耐药菌研究的未来发展方向.     

双酚A促进粪肠球菌中信息素调控质粒pCF10介导的耐药基因接合转移

粪肠球菌是一种在自然水体中广泛存在的革兰氏阳性细菌。信息素调控质粒介导的接合转移是造成粪肠球菌耐药基因快速扩散的重要方式。双酚A是一种内分泌干扰物,因其在工业中大量应用造成其在水环境中的广泛分布。本文以信息素调控质粒中比较有代表性的pCF10质粒作为研究对象,研究了双酚A对粪肠球菌中耐药基因接合转移的影响,证实了双酚A可以促进pCF10质粒介导的耐药基因接合转移,且这一结果同双酚A作用浓度和作用时间相关。双酚A影响耐药基因的扩散,是通过促进编码正调控信息素的ccfA基因表达实现的。本文旨在深入理解双酚A影响抗生素抗性基因扩散的环境行为,为耐药基因控制及双酚A环境效应的评估提供理论支持。     

CRISPR/Cas系统抵御细菌耐药

近年来,细菌耐药性问题在全球范围内日益严重,世界各地不断出现各种新型耐药基因及"超级细菌",以此形成的细菌耐药性污染已成为威胁全球公共卫生与环境安全的重大问题。目前除了在管理上规范合理用药和限制抗生素排放,应探讨抵御细菌耐药的分子机制,有效地从根本上遏制细菌耐药的产生。CRISPR系统作为一种天然免疫系统,可用来对抗入侵的外源性遗传物质,其结构和功能与细菌耐药及毒力因素密切相关,深入分析两者的关系有助于更好地理解细菌耐药机制,为防治细菌耐药提供了新的方向。     

施用畜禽粪便有机肥土壤抗生素抗性基因污染状况

为研究施用畜禽粪便有机肥农田土壤中抗生素抗性基因的分布状况,采集北京地区9个长期施用有机肥蔬菜基地的温室和大田土壤,对土壤中的抗生素耐药菌和18种抗性基因进行检测分析。结果表明,温室土壤中四环素耐药菌占总菌数的比例显著高于大田土壤(P0.05),但温室土壤中氨苄西林、磺胺甲恶唑和环丙沙星耐药菌占总菌数的比例均与大田土壤无显著性差异(P0.05)。大田土壤和温室土壤中磺胺类抗性基因sulⅠ、sul2和四环素类抗性基因tet L的检出率均为100%。其他抗性基因,如四环素抗性基因tet A、tet A/P、tet C,红霉素抗性基因erm B,以及Ⅰ类整合子(intⅠ1),温室土壤的检出率均高于大田土壤,这可能与温室土壤有机肥施用量较大有关。     

MBR工艺处理螺旋霉素制药废水过程中抗生素耐药菌与抗性基因的研究

抗生素废水含有大量的抗生素耐药菌(antibiotic resistant bacteria,ARB)与抗性基因(antibiotic resistance genes,ARGs),处理排放后可能增强受纳环境的微生物抗性,因此有必要深入研究抗生素废水处理过程中ARB与ARGs的削减效果及其影响因素。本研究采用膜生物反应器(membrane bioreactor,MBR)工艺处理螺旋霉素制药废水,考察了不同水力停留时间(hydraulic retention time,HRT)对ARB与ARGs削减效果的影响。结果表明,虽然在HRT=30 h时MBR对COD与氨氮的去除率略高于HRT=40 h,但HRT=40 h时,不仅总异养菌与肠球菌的去除效果更佳,出水肠球菌耐药率及携带的抗性基因检出率也更低,而且MBR对废水中erm B、erm F、erm X、mef A、ere A、mph B和转移元件ISCR 1、Tn 916/1545相对丰度的削减效果更好。这表明长HRT更有利于MBR工艺削减螺旋霉素废水的耐药菌与抗性基因。     

生产过程中抗生素与抗药基因的排放特征、环境行为及控制

世界卫生组织在2000年的报告中将抗生素抗性列为本世纪人类在健康领域面临的最大挑战之一,有关抗药基因传播机制与控制技术的研究已经成为国际环境科学领域的一个前沿问题.本文以生产量大、使用历史长的几种发酵类和化学合成类生素为对象,以典型城市污水厂为对照系统,全面评估抗生素生产及废水处理过程中抗生素与抗药基因的排放特征;把传统的筛选培养方法与高通量测序技术及生物信息学手段有机结合,深入研究抗生素胁迫下整合子对抗性基因的重组作用及质粒介导的结合转移作用,以揭示抗药基因在抗生素压力驱动下主要的水平转移机制;构建多通道生物膜流动暴露系统进行抗生素最小选择浓度评价;研究针对抗生素生产全过程的抗生素及抗药基因控制多级屏障技术,为抗药基因的污染控制与管理提供全面系统的科学基础.     

CTX-M型产ESBLs耐药基因在城市典型河流中的生态分布

为了解流经我国城市的典型河流中CTX-M型耐药基因的分布情况及基因变异的多态性现状,进而为科学预防和避免抗生素耐药性的产生和传播提供生态学理论支持,采集我国东部6条典型河流流经城市区段的水样,采用宏基因组学技术与限制性酶切片段多态性分析(RFLP)技术相结合对质粒宏基因组PCR产物进行了分析,并将数据进行生态学统计处理.结果显示CTX-M三种亚型的基因群落在调查中的6条河流均有分布,且都保持了较高的均匀度(E≥0.9298),亚型1中分布于长江水体的基因群落具有明显高于其他河流和平均值的多样性(H’=2.4774)和物种优势度(D=0.9107),而亚型2、3的多样性和优势度最高值则均出现在黄河水体中;松花江与海河之间的群落相似性最高,达到0.806 2,而黄河与珠江基因群落之间的相异性则达到了0.580 0.说明在调查中采样的6条河流中均分布着结构稳定且基因优势突出的CTX-M型耐药基因,已对水体生态安全构成了隐患,需要结合进一步研究对其进行防治,以避免耐药基因以质粒为媒介向其他微生物传播造成抗生素耐药性扩散.     

序言

<正>近几年,人类对抗生素的大量使用甚至是滥用造成抗生素的环境污染问题日益突显,抗生素及抗生素抗性基因作为全球新兴污染物在环境各介质中传播和扩散,即使抗生素在停止使用后,由其引发的抗性基因不会在短期内消除,并在不同细菌之间传播扩散,一旦传播至致病菌,将对人体健康构成很大威胁。由此,由抗生素滥用引起的抗生素污染以及抗性基因的潜在健康风险成为交叉研究领域包括地球化学、环境科学、分析     

中国边缘海沉积物中抗生素抗性基因和致病菌的组成特征

抗生素抗性基因作为一种新型“污染物”已经受到广泛关注.研究边缘海中抗生素抗性基因和人类致病菌的组成特征,有助于深入认识海洋环境中抗生素抗性基因的起源和海洋致病菌的潜在健康风险.使用基于高通量测序的宏基因组学分析方法在中国边缘海沉积物中发现了多种抗生素抗性基因,主要以多重耐药基因为主,其中南海沉积物中抗生素抗性基因的总丰度约是黄渤海的2倍.与中国边缘海相比,珠江口沉积物中抗生素抗性基因丰度更高,与人类常用抗生素（如磺胺类、氨基糖苷类、β-内酰胺类、四环素类等）的耐药性更为相关.此外,中国边缘海沉积物中几乎没有发现质粒携带的抗性基因,而珠江口有约20%的抗性基因由质粒携带.中国边缘海沉积物中主要人类致病菌种包括肺炎链球菌（24.4%）、肺炎克雷伯菌（19.9%）、无乳链球菌（9.2%）、铜绿假单胞菌（6.9%）等.珠江口沉积物中致病菌群落组成与中国边缘海显著不同,副溶血性弧菌和空肠弯曲杆菌的丰度相对更高.上述研究表明,中国边缘海沉积物中存在高多样性的抗生素抗性基因和人类致病菌,人类活动干扰可导致其污染水平提高.     

土壤中抗生素的生态毒性及其分子生物标志物技术的研究进展

抗生素作为抑菌或杀菌药物被广泛应用于畜禽养殖中。不能完全被机体吸收的抗生素经由畜禽排泄物直接进入环境。随着耐药基因和超级病菌的出现,抗生素产生的环境问题引起了广泛关注。土壤是环境中抗生素最主要的累积场所之一,对土壤中抗生素的生态毒性及其分子生物指示指标的研究具有重要意义。本文在总结国内外相关研究的基础上,阐述了抗生素对土壤中微生物、动物和植物所产生的毒性以及分子生物标志物在土壤抗生素污染研究中的应用,并对未来的研究工作进行了展望。     

城市垃圾填埋场抗生素抗性基因的污染特征

抗生素抗性基因是一种新型的环境污染物,为探究抗生素抗性基因在垃圾填埋场的污染特征,采集上海老港垃圾填埋场中固体垃圾和渗滤液样品,采用实时荧光定量PCR技术检测磺胺类抗生素抗性基因(sul1、sul2)、四环素类抗性基因(tetM、tetQ)、氨基糖苷类抗性基因(strB、aadA1)、大环内酯类抗生素抗性基因(ermB、mefA)、多重抗性基因(mexF)及I类整合子(intl1)等6类目标基因的丰度.结果显示,6类目标基因均在固体垃圾和渗滤液中检测到,丰度分别介于10~2-10~6、10~3-10~7/ng,且多重抗性基因、氨基糖苷类及磺胺类抗生素抗性基因检出丰度较高.在填埋场固体垃圾中,部分目标基因在1.5 m深处的丰度高于0.5 m深处;在渗滤液中,目标基因丰度和呈现老龄渗滤液大于新鲜渗滤液,部分目标基因在秋季的丰度大于春季.上述结果说明垃圾填埋场是抗生素抗性基因潜在的储存库,目标基因的丰度在垃圾填埋场中存在时空差异.(图8表2参41)