污水处理厂削减耐药菌与抗性基因的研究进展

长期滥用抗生素导致细菌耐药性增强,并使抗性广泛传播.污水处理厂既是耐药菌(antibiotic resistance bacteria,ARB)与抗性基因(antibiotic resistance gene,ARG)的储存库,排放的污水与污泥是向自然环境中传播抗性的重要污染源,也是削减ARB和ARG及控制抗性传播的重要环节.本文总结了天然水体中的耐药菌和抗性基因污染现状,分析了近年来耐药菌与抗性基因在污水/污泥处理过程中的转归与去除方面的研究进展,同时对将来的重点研究方向提出展望,以期为今后耐药菌和抗性基因的污染控制提供参考.     

胶州湾多重耐药菌中整合子基因研究

为调查整合子在胶州湾水域多重耐药菌中的分布情况.本文采用PCR、克隆测序等方法对多重耐药菌株中Ⅰ、Ⅱ型整合酶及整合子中耐药基因盒的分布进行检测.研究发现,胶州湾多抗性细荫污染严重50%的多重耐药菌携带整合子;整合子阳性菌株对多种抗生素的耐药率远大于整合子阴性菌;二氢叶酸还原酶和氨基糖苷腺苷转移酶是基因盒携带的主要耐药基因;基因盒.整合子系统参与了细菌多重耐药的形成,已成为水环境中多重耐药基因水平传播的重要机制.     

不同构型人工湿地基质中土著菌的耐药性及整合子丰度调查

采用Kirby-Bauer纸片琼脂扩散法分析了夏、冬季节9个不同构型人工湿地中的葡萄球菌(Staphylococcus)、假单胞菌(Pseudomonas)两种土著菌对7种常用抗生素的耐药性,并通过荧光定量PCR检测人工湿地基质中Ⅰ型整合子(int1)的丰度.结果表明,共分离出的522株葡萄球菌和543株假单胞菌,约84%的菌株对所测试的抗生素具有耐药性,多重耐药率达到68%以上,MRI指数平均为0.22,与某些环境中人源或动物源细菌耐药水平相当,表明人工湿地基质土著菌具有较高水平的耐药性;两种土著菌对氨苄西林和复方新诺明的耐药率较高,四环素、庆大霉素和环丙沙星的耐药率均极低(3%),而对头孢他啶和氯霉素的耐药性呈现差别.湿地基质中int1基因的浓度为1.14×105~5.66×105copies·g-1,其相对丰度为0.54%~3.68%.季节和湿地工艺对细菌耐药和整合酶基因分布有较大影响.夏季2种细菌的抗生素耐药率、多重耐药指数和int1丰度均显著高于冬季;下行垂直流湿地中的抗生素耐药率、多重耐药指数(MRI)最高,而在水平潜流湿地中int1丰度最高.研究表明人工湿地基质的土著菌长期暴露在一定浓度抗生素和耐药肠道菌的生活污水环境下获得了耐药性,人工湿地中抗生素耐药菌和耐药基因的污染及环境风险不容忽视.     

养殖鱼塘底泥微生物抗生素耐药基因分布分析

针对水产养殖中抗生素滥用引起微生物耐药基因污染的现象,本实验以杭州市某水产养殖区底泥样品为研究对象,测定了底泥样品中抗生素含量,并从其中分离出74株可培养细菌.采用PCR方法对分离菌株中磺胺类、四环素类、喹诺酮类、氯霉素类抗性基因(antibiotic resistance genes,ARGs)和整合子基因进行了检测.结果表明,除tet A(四环素类)耐药基因未被检出外,其余3种耐药基因及整合子基因均被检出,其中qnr S(喹诺酮类)耐药基因的检出率最高,为50.00%.另外,利用16S r DNA序列分析技术将分离菌株鉴定为12个属、19个种,包括环境中多种常见土著细菌及部分致病菌,其中气单胞菌(Aeromonas spp.)数量最多(29株),占分离菌株的39.19%.掌握水产养殖区中ARGs的污染现状,对控制其传播、保障食品安全和保护微生态环境具有重要指导意义.     

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...     

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。     

污水处理厂中磺胺类抗生素、抗性菌、抗性基因的特性

抗生素滥用引起抗性菌的扩散和抗生素抗性基因的污染已成为严重的公共卫生安全隐患。从某污水处理厂出水中分离磺胺类抗性菌,检测其对抗生素耐受性及磺胺类抗生素浓度、抗性基因(antibiotic resistance genes,ARGs)的含量。结果表明水中磺胺类抗生素检测出5种磺胺类抗生素,但浓度较低,3种磺胺类抗生素未检出;磺胺类抗性菌含量为3.18×102~2.24×104CFU/m L,分离的抗性菌对9种抗生素具有抗性,最高耐受力为512 mg/m L,其中,对氯霉素耐受能力最强,对青霉素、氨苄青霉素、头孢氨苄、环丙沙星、庆大霉素、阿奇霉素耐受力次之,对利福平耐受力最弱;抗性基因的绝对含量较低,其中最高含量sul1为105.648~106.956。该研究为STPs抗生素污染的风险评估与抗生素抗性基因污染控制提供了基础数据支持。     

四环素对大肠杆菌抗生素抗性基因进化的影响

为了解环境中低浓度抗生素对抗生素抗性发展的影响,以大肠杆菌(Escherichia coli,E.coli)为基础材料,通过亚抑菌浓度四环素处理,得到由敏感到抗性的菌株,研究了四环素对大肠杆菌产生抗生素抗性基因(antibiotic resistance genes,ARGs)的影响,采用同位素标记相对和绝对定量技术(isobaric tags for relative and absolute quantification,iTRAQ),分析四环素处理前后,大肠杆菌总蛋白差异表达情况.结果表明,大肠杆菌经1/2MIC浓度的四环素诱导,20 d后可由敏感转至耐药,表明环境中的低浓度四环素的刺激对大肠杆菌耐药性的形成影响较大.并且,检测到四环素抗性基因tetA、tetE和tetZ,β-内酰胺类抗性基因blaTEM和blaFOX,多重耐药性基因acrA、marA和marR.蛋白结果表明大肠杆菌在四环素胁迫下以特定的节能存活模式,通过诱导细胞防御和修复系统来应对环境压力,并表现出对离子传输的严格调节,来抵抗四环素毒性的影响.研究结果为进一步解析环境中抗生素胁迫的抗性机制提供了参考.     

蚯蚓生物滤池削减剩余污泥中ARGs和ARB的效果研究

蚯蚓生物滤池(vermifiltration, VF)是一种低碳、环境友好的生态技术。基于其良好的剩余污泥减量化效果,以不加蚯蚓的普通生物滤池(biofilter, BF)为对照,探究蚯蚓生物滤池对新型污染物——抗生素抗性菌(antibiotic resistance bacteria, ARB)和抗生素抗性基因(antibiotic resistance genes, ARGs)的去除效果。结果表明:与BF相比,VF对ARB(四环素类抗性菌、磺胺类抗性菌和双抗性抗性菌)的去除率增加25百分点以上,对ARGs(tetO、tetM、tetQ、tetW、sul1、sul2)去除率增加20百分点以上,且具有选择性。VF对intI1去除率高达98.24%,大大降低了ARGs的水平转移和传播风险。夏、冬季,VF对ARGs和ARB去除率比BF高15百分点以上,说明蚯蚓的加入减弱了低、高温对生物滤池的抑制作用。蚯蚓生物滤池能有效提高污泥中ARGs和ARB去除率,为剩余污泥的无害化处理提供参考。     

施肥模式对设施土壤抗生素及抗性基因的影响

采集不同施肥模式下设施菜地表层土壤(0～20cm),对83种抗生素和203种抗性基因(ARGs)进行检测.结果表明,各处理组土壤中共检出14种抗生素、129种ARGs亚型和10种可移动遗传元件(MGEs).四环素类(TCs)是土壤中残留的主要抗生素,β-内酰胺类和多重耐药类抗性基因是主要的ARGs,放线菌门(Actinobacteria)、变形菌门(Proteobacteria)、绿弯菌门(Chloroflexi)和厚壁菌门(Firmicutes)是主要的细菌门.施肥增加了土壤中抗生素残留和ARGs的多样性及丰度,并且提高了土壤细菌群落α多样性.施用常量有机肥组抗生素、ARGs和MGEs相对丰度最大,有机肥减量可有效降低抗生素和ARGs污染程度,稻壳还田对控制抗生素和ARGs污染具有积极作用.设施菜地土壤中抗生素选择压力、细菌群落结构变化和MGEs是影响ARGs分布的驱动因素.     

净水工艺对饮用水中微生物多重耐药性的影响与分析

由于抗生素过量使用已导致我国部分水源受到多种抗生素和耐药基因的污染,抗生素及其耐药基因可能通过饮用水对人体健康造成严重威胁.对上海某水厂供水系统可培养微生物进行了分离鉴定;使用5种抗生素:氨苄青霉素(Amp)、卡那霉素(Kan)、利福平(Rif)、氯霉素(Cm)以及链霉素(Str)对饮用水中可培养微生物多重耐药性及其在供水系统中的变化规律和耐药机制进行了分析.结果表明:所分离可培养微生物主要属于16个属,其中芽孢杆菌属(Bacillus sp.)、噬纤维菌属(Arcicella rosea sp.)、鞘酯菌属(Sphingomonas sp.)在所有工艺单元中都可分离获得;经过生物活性炭滤池和管网输配后3种菌的多重耐药能力均有增强,其中芽孢杆菌属(Bacillus sp.)耐药能力最强.采用实时荧光定量PCR对供水系统中3种整合子及9种转座子进行定量检测,发现经过生物活性炭滤池和管网输配后,可移动基因元件绝对数量增加明显,生物活性炭滤池和输配管网对饮用水中微生物耐药能力具有重要影响.     

人类活动影响下的高原湿地四环素类抗生素抗性基因赋存与微生物群落共现性

抗生素的广泛使用导致抗生素大量进入环境中,进而使微生物产生耐药性.近年来,随着高原区域人类活动的加剧,高原湿地中抗生素耐药基因(ARGs)的赋存和迁移研究备受关注.以地处云贵高原的鹤庆草海国家湿地公园为研究区,分析河流上游(泉眼附近原始生境)和河流下游(居民生活污水排放口)沉积物中的四环素类、磺胺类、喹诺酮类和大环内酯类共4类抗生素的含量分布,其中四环素类抗生素检出含量为103.65～2 185μg·kg^-1,是含量最高的抗生素种类.为进一步探究四环素类抗性基因的赋存特征和影响因素,通过相关性分析和网络分析揭示了人类活动影响下环境因子、细菌群落结构和病原菌对四环素类ARGs的影响.结果发现,上、下游沉积物中共检出15种四环素类抗性基因,其中,上游检出tetPA、tetD和tetPB等7种抗性基因,下游检出tetPA、tetE、tetM和tetX等13种抗性基因,下游新增的8种抗性基因占下游基因丰度的43.44%;四环素类抗生素含量及有效磷、总有机碳、硝态氮和总磷等理化指标是影响四环素类ARGs分布的主要环境因子;上、下游沉积物中检出细菌分属于64个细菌门,其中变形...     

3种典型消毒副产物对细菌抗生素抗性的影响

本文研究了消毒副产物对细菌抗生素抗性的作用.分别选取三卤甲烷类(THMs)、卤乙酸类(HAAs)以及醛类消毒副产物中典型物质一氯二溴甲烷(CDBM)、碘乙酸(IAA)和水合三氯乙醛(CH),研究了细菌经消毒副产物染毒之后,对多种抗生素的抗性变化情况.结果发现,3种消毒副产物均可以诱导野生型铜绿假单胞菌提高对5种受试抗生素的抗性,提高作用IAACHCDBM.IAA对多重抗性也具有一定的提高作用.野生型大肠杆菌的抗生素抗性同样能够被DBPs诱导提高,说明DBPs对抗性的影响具有普遍性.其作用机制可能是DBPs通过氧化胁迫机制诱导细菌发生突变,进而提高细菌抗生素抗性.本研究表明饮用水系统中部分细菌抗生素抗性的获得可能与消毒副产物有关;除毒理学风险外,消毒副产物的流行病学风险同样不容忽视.     

长江口近岸地区抗生素抗性基因与微生物群落分布特征

由于抗生素的大量使用,环境中微生物对抗生素的抗性不断增加,抗生素抗性基因(ARGs)问题越来越严重,严重威胁生态安全和人类健康.为研究长江口近岸地区水体和底泥沉积物中的ARGs和微生物群落的分布特征,通过野外调查采集了8个站点的水样和沉积物样本,对2种磺胺类抗性基因(sul1、sul2)、6种四环素类抗性基因(tetM、tetC、tetX、tetA、tetO、tetQ)、1种整合子基因intI1、16S rRNA基因和微生物群落进行检测分析.结果表明,长江口近岸地区10种抗性基因的检出率为100%.其中,整合子基因intI1和水样中多种ARGs呈显著正相关关系.变形菌门(Proteobacteria)和拟杆菌门(Bacteroidota)是长江口近岸地区水环境中的优势菌门;Chloroplast为水体中的主要菌属,Chloroplast和Nitrospira为沉积物中的主要菌属.在水体中,硝化螺旋菌门(Nitrospirota)是4种四环素类抗性基因(tetX、tetA、tetO和tetQ)共同的潜在宿主;在沉积物中,Sva0485是sul1和intI1的共同潜在宿主.微生物群落的分布...     

热水解污泥厌氧消化过程中肠球菌抗生素抗性基因与毒力基因的转归

城市污泥中含有大量肠球菌,可携带抗生素抗性基因(antibiotic resistance genes,ARGs)和毒力基因(virulence gene,VGs),从而具有潜在的耐药性和致病性,对人类健康存在巨大威胁.为此考察了热水解污泥在中温(40℃)/高温(55℃)厌氧消化过程中肠球菌的耐药表型、基因型及携带VGs的变化规律.结果表明,厌氧进泥中肠球菌对阿奇霉素的耐药率均显著高于螺旋霉素和四环素.高温厌氧对肠球菌的数量及耐药性具有更好地控制及削减效果.高温厌氧消化可能会促进四环素类抗性基因在肠球菌的表达.中温、高温厌氧消化可促进ARGs在肠球菌中发生水平转移,导致其潜在双重甚至多重耐药性增加.中温厌氧消化可降低肠球菌同时具有潜在致病性和耐药性的几率,而高温厌氧消化则会增加此风险.     

西北内陆河抗生素抗性基因赋存特征及其影响因素

基于宏基因组学方法对Y河流域表层水中抗生素抗性基因(ARGs)分布特征及细菌群落结构进行分析,探究了ARGs与环境因子、细菌群落间的关系.结果表明,Y河流域表层水中检测到21种ARGs类型和1295种ARGs亚型,6种抗性机制,其中多重耐药类为主要ARGs类型,macB为优势ARGs亚型,抗生素外排为主要抗性机制;分别检测到160个门水平和4149个属水平细菌.其中变形菌门(Proteobacteria)是优势细菌门,Liminohabitans等为优势细菌属.相关性分析结果表明TOC、DOC和COD_Mn等与多种ARGs亚型呈显著相关性(P<0.05);黄杆菌属(Flavobacterium)、极地单胞菌属(Polaromonas)和类诺卡氏属(Nocardioides)等部分菌属与多种ARGs显著相关(P<0.05),且涉及多种ARGs类型和抗性机制.本研究以期为西北干旱区典型内陆河水环境ARGs分布特征提供数据支撑.     

3种常规消毒方法对磺胺类抗性基因削减效果的比较

近年来,抗生素抗性基因(antibiotic resistance genes,ARGs)对人类和环境的潜在风险引起了广泛关注.本研究从1家城市污水处理厂二级出水中分离出两株磺胺类抗性细菌,控制浓度投加到灭菌后的出水中,分别进行氯消毒、紫外消毒、臭氧消毒处理,采用菌落计数法、q PCR法对消毒后目标细菌及磺胺类抗性基因(sulⅠ、sulⅡ)进行分析比较.同时采用"消毒+DNase I酶"实验研究磺胺类抗性基因在各消毒过程中的行为特征.结果表明,3种消毒均有效削减细菌浓度,但对抗性基因削减程度不高.结合"消毒+DNase I酶"实验分析,氯消毒削减磺胺类抗性基因与微生物量的降低有关;紫外消毒能直接破坏抗性基因;而臭氧消毒在大量削减细菌量的同时,抗性基因进入到胞外环境中,其潜在环境风险不容忽视.     

上海沙田湖养殖区及周边水体中氟喹诺酮类抗性基因的分布特征及其与环境因子关系

集约化水产养殖区常被认为是水体抗生素和抗性基因的主要潜在来源,然而对其该类水体中抗生素和抗性基因污染情况的研究仍相对匮乏.本文以上海市沙田湖养殖区及周边水体为调查对象,利用宏基因组学高通量测序技术,于2020年9月对水体中的氟喹诺酮类抗生素(fluoroquinolones,FQs)和氟喹诺酮类抗性基因(fluoroquinolones antibiotic resistance genes,FQs-ARGs)的种类和丰度进行了调查,并利用多元统计分析方法研究了水体理化因子和FQs对FQs-ARGs的影响.结果表明,沙田湖养殖区及周边水体共检测出5类耐药机制、共46种FQs-ARGs,其中各水体共有基因为44种.抗性基因mfd和patA在养殖水体和周边水体中均为优势抗性基因,抗生素抗性基因变异或突变为优势耐药机制.养殖水体和周边河湖水体、不同养殖品种水体之间FQs-ARGs的平均丰度无显著差异(P＞0.05).偏冗余分析(pRDA)表明,除了诺氟沙星和环丙沙星2种抗生素外,水体电导率(Spc)、总磷(TP)、总氮(TN)、氨氮(NH4+-N)、溶解氧(DO)、pH和叶绿素a(Chl-a)等环境因子是影响水体中FQs-ARGs组成与分布的关键性因子,且非抗生素因子的总贡献率远高于抗生素.     

水产细菌耐药性的最新研究概况

细菌耐药性是指细菌多次与药物接触以后,对药物的敏感性减小甚至消失,致使药物对耐药菌的疗效降低甚至无效。细菌耐药性的形成,是细菌进化发展的结果,是细菌适应性的表现,但这种适应给养殖业甚至整个人类社会构成了威胁。本文就国内外水产病原菌对不同药物的耐药性新近研究概况,包括其耐药机制、耐药基因、耐药质粒、研究方法等进行了综述,以期为科学合理的用药提供参考依据。     

再生水中5种抗生素抗性菌的紫外线灭活及复活特性研究

抗生素抗性菌作为再生水中的新兴污染物而受到广泛关注.为探明紫外线对抗生素抗性菌的灭活和消毒后抗性菌的复活潜能,研究了以城市污水为水源的再生水(简称"再生水")中青霉素抗性菌、氨苄青霉素抗性菌、头孢氨苄抗性菌、氯霉素抗性菌和利福平抗性菌的紫外线灭活特性,并考察了再生水中的抗生素抗性菌在黑暗条件下的复活潜能.结果表明,20mJ·cm-2紫外线消毒剂量下,实际再生水中青霉素抗性菌、氨苄青霉素抗性菌、头孢氨苄抗性菌和氯霉素抗性菌的灭活率均高于4-log,与总异养菌群灭活率相当,而利福平抗性菌的灭活率(3.7-log)略低于总异养菌群.紫外线消毒后,再生水静置22 h后,抗生素抗性菌普遍出现复活现象,当紫外线消毒剂量为常规剂量20 mJ·cm-2时,消毒后再生水中的抗生素抗性菌菌落形成能力高达3-log.因此,常规的紫外线消毒剂量不能有效控制再生水储存或运输过程中抗生素抗性菌的复活.