制药废水中抗生素抗性的污染特征、检测手段和控制方法

制药行业废水中含有大量的抗生素、抗生素抗性细菌（ARBs）及抗性基因（ARGs）等新污染物,现今的生物处理工艺尚不能有效地对其进行去除.最终以上新污染物随出水进入各类水体或渗入土壤,造成环境污染,影响人类健康.因此,探明制药废水中抗生素、ARBs和ARGs的污染特征,知晓检测和控制废水中抗生素抗性污染的方法,对于削减环境中的抗生素和ARGs,评估抗生素抗性的生态风险至关重要.针对制药废水处理厂（PWWTPs）环境中的抗生素抗性污染问题,讨论了制药废水中的抗生素、ARBs和ARGs的污染现状;概述了制药废水环境中抗生素抗性的不同评估方法;最后对PWWTPs中常用去除抗生素及ARGs的废水处理技术进行了概述,以期为环境中抗生素及抗性基因的生态风险评价及科学防治提供理论依据.     

东洞庭湖表层水体中抗生素及抗性基因的赋存特征与源分析

抗生素抗性基因（ARGs）是一类新兴污染物,广泛存在于多种环境介质中.湖泊水环境由于污染物循环速度低而可以长期储存ARGs.因此,ARGs领域的研究人员非常关注湖泊水环境的研究.然而,以往的研究多集中于湖泊内ARGs的污染水平,污染来源仍不确定.东洞庭湖是国家级自然保护区,在保护生态环境和调节长江洪水径流方面发挥着重要作用.为了探究东洞庭湖表层水体中抗生素及ARGs的赋存特征、分析ARGs与环境参数（如抗生素）之间的相关性以及了解陆地污染源对湖内ARGs的贡献,于2019年11月采集东洞庭湖表层水和陆地污染源（水产养殖区和污水处理厂）样品,利用超高效液相色谱串联质谱仪和荧光定量PCR技术分别检测抗生素和ARGs,同时测定水质参数并进行冗余分析.结果表明:①东洞庭湖表层水体中抗生素浓度水平处于ND（未检出）~486.59 ng/L,氧氟沙星浓度最高,且抗生素的浓度水平与周边污染源密切相关.②ARGs检出率均为100%,基因sul2的浓度高于其他基因,平均浓度为1.3×103 copies/mL,ARGs污染水平受到沿湖污染源的影响.③污水处理厂对ARGs具有一定的去除效果,然而,它们不能完全去除ARGs,甚至可能会增加ARGs传播的可能性,且污水处理厂出水ARGs对湖内ARGs的贡献远高于水产养殖区.④ARGs与抗生素的冗余分析结果符合ARGs在其对应抗生素选择性压力下的特征,对ARGs丰度影响最重要的4个水质参数分别为总磷（贡献率为28.9%）、电导率（贡献率为15.4%）、硝酸盐氮（贡献率为13.3%）和温度（贡献率为12.7%）.研究显示,氧氟沙星和罗红霉素是主要抗生素,磺胺类和四环素类抗性基因浓度水平较高,ARGs的丰度不仅与其对应抗生素的选择性压力有关,还与一些环境因素的压力密切相关.      

水源型水库抗生素抗性基因赋存特征研究

饮用水水源地中抗生素抗性基因会威胁生态安全和人类健康.为了探究抗生素抗性基因(Antibiotic Resistance Genes,ARGs)在金泽水源型水库中的赋存特征,以及水库净化措施对抗生素抗性基因的净化作用,选择微生物活性较高的夏季时期采集水样,采用高通量荧光定量PCR和16S rRNA实时荧光定量PCR进行研究.结果表明,该水库检出62种ARGs;多重抗药类、氨基糖苷类和磺胺类ARGs为水库内占主导的抗性基因.抗生素抗性基因绝对丰度从水库的预处理区至生态净化区,再至输水区呈逐渐降低的趋势,表明水库净化措施对削减ARGs含量有一定作用.抗性基因丰度与可移动基因元件(Mobile Genetic Elements,MGEs)丰度存在显著相关性(p0.05),表明MGEs对ARGs的水平转移、传播和富集具有重要作用.     

中国近岸海洋和海岛环境中抗生素抗性基因的研究进展

抗生素在不同领域被大量使用甚至滥用,未被利用的抗生素会经过不同途径进入环境,导致抗生素抗性菌（antibiotic-resistant bacteria,ARBs）和抗生素抗性基因（antibiotic resistant genes,ARGs）广泛传播。ARGs作为新型环境污染物被广泛关注,成为全球性的环境问题。本文综述了中国近岸海洋与海岛环境中ARGs的赋存状况,分析了ARGs在海岛环境与近岸海洋环境中的赋存特征差异,并对海岛(海南岛)ARGs的研究提出建议。     

水产养殖环境中抗生素抗性基因的研究进展

为摸清我国水产养殖环境抗生素抗性基因（Antibiotic resistance genes,ARGs）污染状况,统计了当前水产养殖环境水、沉积物和养殖对象中七大类抗性基因的赋存状况,进一步分析了影响其赋存的因素,对未来我国水产养殖ARGs污染研究进行了展望.水产养殖环境中ARGs主要以iDNA形式存在;磺胺类和四环素类抗性基因的丰度和检出率较高,被认为是水产养殖环境主要的ARGs,已受到当前研究的广泛关注;而喹诺酮类、氯霉素类、β-内酰胺类、大环内酯类和氨基糖苷类抗性基因报道的丰度和检出率相对较低.养殖过程中,养殖用药、饲料及养殖模式是影响水产养殖环境ARGs赋存的主要因素,但环境理化因子调节养殖环境ARGs的作用也不容忽视.     

汾河水体抗生素抗性基因赋存特征

抗生素抗性基因(Antibiotic resistance genes,ARGs)被认为是一种新型污染物,而水环境系统是ARGs释放和传播的重要媒介.为探究汾河水体环境中ARGs的赋存特征及分布特征,选取汾河水体从源头到入黄口的12个位点,对环境因子、ARGs的丰度及多样性,以及二者之间的关系进行研究.结果表明,汾河水...     

生物粉末活性炭对二级出水中抗性基因转移扩散的影响

针对生物粉末活性炭(BPAC)是否能促进污水厂二级出水中抗生素抗性基因(ARGs)转移扩散的相关问题,文章采用模拟水环境的方式,考察在投加BPAC的情况下,污水厂二级出水中ARGs的浓度与微生物群落结构的变化趋势;并且探究了其在不同时间、pH值和温度条件下,对水中ARGs浓度和微生物多样性及丰度的影响。结果发现,二级出水在投加BPAC后,水中ARGs浓度会降低,但同时微生物也会促进ARGs的扩散增加;水中的微生物种群丰度和多样性随反应时间的增加而增长;低温环境(4℃)和碱性环境(pH=9)更有利于ARGs的转移扩散。研究表明,BPAC对二级出水中ARGs的转移扩散起到一定的促进作用,但其作用效果也受时间、环境等状况的限制和影响。     

人工湿地去除抗生素抗性基因的研究进展

抗生素抗性基因（ARGs）在环境中的污染现状和危害逐渐受到重视.常规的水处理工艺在减少抗生素耐药菌（ARB）方面表现出非常好的效果.然而,即使在消毒过程中ARB完全失活,产生游离的ARGs也可能通过转化或转导等手段整合到其他微生物体内,使ARGs在环境中传播和扩散.因此,需要有特定的工艺处理废水中的ARGs.人工湿地是目前有效且经济环保的废水处理工艺,并且已有大量研究表明在去除抗生素和ARGs方面有显著效果.通过综述目前国内外人工湿地水处理系统对ARGs的去除效率的研究进展,结果表明,潜流人工湿地相较于表面流人工湿地对ARGs的去除效率更高.人工湿地对ARGs的去除效率因人工湿地强化类型、植物、温度和pH等因素而异,在去除环境中ARGs的应用有广阔的前景,同时也面临挑战.     

污水处理厂生物气溶胶抗生素抗性污染特征

为探究污水处理厂生物气溶胶抗生素抗性基因（ARGs）污染特征,在济南市某污水处理厂采用宏基因组测序技术对厂界内及周边生物气溶胶样本及污水或污泥样本进行分析.结果表明,相比于上风向,厂界内和下风向生物气溶胶具有更多的ARGs亚型种类数和更高的总相对丰度.厂界内与上风向生物气溶胶ARGs组成存在显著的差异性,差异度为47.57%;而厂界内与下风向生物气溶胶ARGs组成的差异性不显著,且差异度下降至33.98%.上风向背景空气和污水或污泥均是厂界内生物气溶胶ARGs的重要来源,两者总的源的贡献大于63.92%.共检测到43种ARGs亚型（8种ARGs主型）在至少一处污水处理单元极易负载于生物气溶胶颗粒逸出.本研究可为污水处理厂生物气溶胶抗生素抗性污染的风险评估和控制提供理论依据.     

水产养殖尾水中抗生素抗性基因的去除及磺胺类耐药细菌研究

水产养殖环境中抗生素的大量使用促进了抗生素耐药细菌（antibiotic resistant bacteria,ARB）和抗生素抗性基因（antibiotic resistance genes,ARGs）的出现及传播.利用荧光定量PCR分析了浙江省某水产养殖尾水集中处理系统中8种ARGs的分布特征.结果表明,出水中ARGs的绝对丰度降低了0.91个数量级.磺胺类抗性基因（sul1、sul2）在所检测的抗性基因中占主导地位,且绝对丰度在出水中依然维持较高水平(4.94×10⁹、1.79×10⁹copies·L^-1).16S r RNA基因高通量测序结果显示变形菌门、蓝藻门、拟杆菌门、厚壁菌门和放线菌门是优势菌门,变形菌门和绿弯菌门与sul1、sul2和sul3呈显著相关.筛选出一株对磺胺类抗生素具有耐药性的弗氏柠檬酸杆菌,该菌株为条件致病菌,全基因组测序结果显示该菌株共携带了17个ARGs,其中sul1、sul2、tet A、bla_TEM-1等ARGs均位于1个Inc FIB质粒上,质粒图谱揭示了磺胺...     

微塑料影响抗性基因的传播与水平基因转移

微塑料作为一种新兴污染物,在多种环境介质（大气、土壤、水体、沉积物）中均有广泛检出.微塑料能够通过表面形成的生物膜结构携带抗性基因,对人体健康造成的潜在风险已经引起了国内外学者的广泛关注.但是,微塑料在抗性基因的长距离传播以及水平转移方面所发挥的功能,以及微塑料传播耐药性所导致的生态与环境效应还尚不明晰.本文重点对不同环境中的微塑料与抗性基因的污染现状进行了综述讨论,对微塑料传播抗性基因的主要方式与过程进行了对比分析,最后概述了微塑料参与调控抗性基因水平转移的机制,并对未来相关研究的重点方向进行了展望,以促进微塑料污染问题的科学解决.     

Profiling the antibiotic resistome in soils between pristine and human-affected sites on the Tibetan Plateau

With increasing pressure from anthropogenic activity in pristine environments, the comprehensive profiling of antibiotic resistance genes(ARGs) is essential to evaluate the potential risks from human-induced antibiotic resistance in these under-studied places. Here, we characterized the microbial resistome in relatively pristine soil samples collected from four distinct habitats on the Tibetan Plateau, using a Smart chip based high-throughput q PCR approach. We compared these to soils from the s...     

Film mulching reduces antibiotic resistance genes in the phyllosphere of lettuce

Phyllosphere is an important reservoir of antibiotic resistance genes(ARGs), but the transfer mechanism of ARGs from soil and air to phyllosphere remains unclear. This study demonstrated that soil-air-phyllosphere was the dominant ARG transfer pathway, and blocking it by film mulching can reduce typical phyllosphere ARGs in lettuce by 80.7%-98.7%(89.5% on average). To further eliminate phyllosphere ARGs in lettuce grown with film mulching, the internal soil-endosphere-phyllosphere transfer pathw...     

环境中抗生素抗性基因丰度与抗生素和重金属含量的相关性分析:基于Web of Science数据库检索

抗生素和重金属是两种重要的环境污染物和耐药性选择压力源,但低含量水平下其对环境微生物种群耐药性水平的影响尚不明确.本文全面检索了截至2020年1月1日发表在Web of Science数据库中同时监测了抗生素抗性基因（ARGs）丰度、抗生素含量或重金属含量的研究文献,提取相关数据,利用统计回归方法调查环境介质中3个参数的相关关系.结果表明,除废水外,地表水、沉积物和土壤等环境介质中,即使在非常低的抗生素含量水平下,抗生素选择压力也会对ARGs丰度的增加产生显著的统计效应（P<0.05）.不同类别抗生素对耐药基因表现出不同程度的选择和富集作用.重金属含量以及抗生素含量和重金属含量的交互作用对ARGs的传播也具有显著影响（P<0.05）.水相和固相环境样本的多变量统计回归模型的最终R²分别为0.482和0.707,比单变量回归的R²更高,能更好地解释ARGs丰度的差异,但环境中还存在其他可能影响ARGs丰度的因素.本文的研究结果可为环境中抗生素耐药性风险评估及传播控制提供支撑.     

好氧-厌氧两相堆肥过程中抗生素耐药基因的变化特征及影响因素研究

针对堆肥处理过程中抗生素耐药基因（antibiotic resistance genes,ARGs）去除效率不高、诱导潜在致病菌传播扩散等环境安全问题,采用好氧-厌氧两相堆肥处理猪粪、秸秆,探讨ARGs丰度及微生物群落的变化特征,并明确影响ARGs相对丰度变化的关键因子.结果表明:与单一好氧相比,好氧-厌氧两相堆肥能更有效地降低部分ARGs及潜在致病菌的相对丰度,其中ermB、tetK的相对丰度分别降低了39.68%、72.19%,假单胞菌属（Pseudomonas）、梭菌属（Clostridium_sensu_stricto_1）的相对丰度分别降低了96.09%、90.07%.主成分分析（Principal Component Analysis,PCA）及冗余分析（Redundancy analysis,RDA）得出,微生物群落和环境因子均显著影响ARGs相对丰度的变化（P < 0.05）,贡献率分别为82.0%、71.2%.其中,梭菌属（Clostridium_sense_stricto_1）、黄杆菌属（Flavobacterium）、尿素芽孢杆菌属（Ureibacillus）和海洋杆菌属（Oceanobacillus）是影响ARGs相对丰度变化的主要微生物菌属;温度、电导率、含水率和pH是影响ARGs相对丰度变化的关键环境因子,贡献率分别为22.0%、16.7%、16.2%和15.0%.研究显示:与好氧堆肥相比,好氧-厌氧两相堆肥能更有效地去除ARGs,并抑制潜在致病菌的繁殖扩散,从而减少环境风险;然而部分ARGs和潜在致病菌仍存在增殖现象,因此亟需进一步优化好氧-厌氧两相堆肥工艺.      

Combined pollution of arsenic and Polymyxin B enhanced arsenic toxicity and enriched ARG abundance in soil and earthworm gut microbiotas

Polymyxin B (PMB) is considered as the last line of antibiotic defense available to humans. The environmental effects of the combined pollution with PMB and heavy metals and their interaction mechanisms are unclear. We explored the effects of the combined pollution with PMB and arsenic (As) on the microbial composition of the soil and in the earthworm gut, as well as the spread and transmission of antibiotic resistance genes (ARGs). The results showed that, compared with As alone, the combined addition of PMB and As could significantly increase the bioaccumulation factor and toxicity of As in earthworm tissues by 12.1% and 16.0%, respectively. PMB treatment could significantly increase the abundance of Actinobacteria in the earthworm gut (from 35.6% to 45.2%), and As stress could significantly increase the abundance of Proteobacteria (from 19.8% to 56.9%). PMB and As stress both could significantly increase the abundance of ARGs and mobile genetic elements (MGEs), which were positively correlated, indicating that ARGs might be horizontally transferred. The inactivation of antibiotics was the main resistance mechanism that microbes use to resist PMB and As stress. Network analysis showed that PMB and As might have antagonistic effects through competition with multi-drug resistant ARGs. The combined pollution by PMB and As significantly promoted the relative abundance of microbes carrying multi-drug resistant ARGs and MGEs, thereby increasing the risk of transmission of ARGs. This research advances the understanding of the interaction mechanism between antibiotics and heavy metals and provides new theoretical guidance for the environmental risk assessment and combined pollution management.     

抗生素抗性基因(ARGs)——一种新型环境污染物

抗生素的环境污染与生态毒性近年来引起了日益广泛的关注.水产养殖和畜牧业抗生素长期滥用的直接后果,很可能诱导动物体内抗生素抗性基因,经排泄后将对养殖区域及其周边环境造成潜在基因污染.抗性基因还极有可能在环境中传播、扩散.对公共健康和食品、饮用水安全构成威胁.为此,提出了将抗生素抗性基因作为一类新型环境污染物,对该类污染物在环境中的来源、潜在的传播途径以及国内外相关研究进展进行综述,指出了当前形势下我国开展环境中抗生素抗性基因污染研究的必要性,建议尽快从国家层面上系统进行抗生素抗性基因的环境污染机理与控制对策研究.     

Effective removal of antibiotic resistance genes and potential links with archaeal communities during vacuum-type composting and positive-pressure composting

As a major reservoir of antibiotics, animal manure contributes a lot to the augmented environmental pressure of antibiotic resistance genes (ARGs). This might be the first study to explore the effects of different ventilation types on the control of ARGs and to identify the relationships between archaeal communities and ARGs during the composting of dairy manure. Several ARGs were quantified via Real-time qPCR and microbial communities including bacteria and archaea were analyzed by High-throughput sequencing during vacuum-type composting (VTC) and positive-pressure composting (PPC). The total detected ARGs and class I integrase gene (intI1) under VTC were significantly lower than that under PPC during each stage of the composting (p < 0.001). The relative abundance of potential human pathogenic bacteria (HPB) which were identified based on sequencing information and correlation analysis decreased by 74.6% and 91.4% at the end of PPC and VTC, respectively. The composition of archaeal communities indicated that methane-producing archaea including Methanobrevibacter, Methanocorpusculum and Methanosphaera were dominant throughout the composting. Redundancy analysis suggested that Methanobrevibacter and Methanocorpusculum were positively correlated with all of the detected ARGs. Network analysis determined that the possible hosts of ARGs were different under VTC and PPC, and provided new sights about potential links between archaea and ARGs. Our results showed better performance of VTC in reducing ARGs and potential HPB and demonstrated that some archaea could also be influential hosts of ARGs, and caution the risks of archaea carrying ARGs.     

宏基因组方法分析医药化工废水厂中抗生素耐药菌及耐性基因

废水厂是抗生素耐药菌(ARB)和抗生素耐药基因(ARGs)的巨大储存地.为调查医药化工废水处理厂中的ARB和ARGs,采用了宏基因组技术对医药化工废水中的活性污泥进行取样分析.结果显示,医药化工废水厂微生物组成主要是细菌类,主要细菌门是Proteobacteria,主要属是Hyphomicrobium,主要种是Hyphomicrobium zavarzinii.共检测到74类ARGs,最主要的类型是sav1866、dfr E和mfd.网络分析揭示了ARGs与微分类单元之间的共存模式,即ARGs与废水厂中属级的微生物分类群高度相关.抗生素特异的外排泵是该微生物群落主要的抗生素耐药机制,并且外排泵中耐药结节化细胞分化家族(RND)外排泵占主要部分.该微生物群落最主要的功能通路是代谢相关,并存在许多与人类疾病相关的基因,其中主要是细菌感染性疾病.结果表明,医药化工废水厂蕴藏着丰富的ARB和ARGs,ARGs的累积会增加潜在环境风险,需要加强对医药化工废水厂中ARB和ARGs的监控,并且ARB和ARGs的分析研究对于选择深度处理技术来有效去除ARB和ARGs具有重要的指导意义.