医疗废物堆置场地土壤抗生素抗性基因组成特征——以华东丘陵地区某医废堆场为例

抗生素抗性基因(Antibiotic resistance genes,ARGs)目前已经被认为是一种重要的环境污染物;土壤中存在的微生物代表了ARGs的古老进化起源之一,并且已被认为是临床病原体获得ARGs的重要交换介质.为测试医疗废物堆置区域的ARGs丰度,在医废堆置区内外采集了共28个土壤样品.在提取样品中的微生物宏基因组之后,对所提取的DNA进行高通量测序.将所得序列与抗生素抗性基因数据库进行比对,并通过计算不同类型以及不同亚型的ARGs拷贝数/16S rRNA基因拷贝数评估ARGs的组成.结果显示,医废堆置区内样本所含的氨基糖苷类、氯霉素类、磺胺类、四环素类ARGs丰度显著高于堆置区外样本(分别达到了0.0134±0.0138、0.00615±0.00747、0.0188±0.0254以及0.00504±0.00292 ARGs拷贝数/16S rRNA基因拷贝数),特别是sul1(磺胺类)、flo R(氯霉素类)、cat B(氯霉素类)、aph(3’’)-I(氨基糖苷类)和tet G(四环素类)这5类ARGs亚型;同时,医废堆置区内样本有着更高的ARGs多样性(t-test,P 0.05).本研究表明医疗废物堆置会显著提高区域内土壤中ARGs的丰度以及多样性,从而增加潜在环境风险.(图7表4参34)     

海洋环境中抗生素存在与环境行为研究进展

由于抗生素的频繁使用和排放，抗生素不断排放进入水环境，表现为“持续存在”的状态，对生态环境系统造成长期、持续的环境风险，由此导致的环境污染和细菌耐药性是我国及全球都亟待解决的重大环境问题.抗生素持久性的选择压力会产生抗生素抗性基因（antibiotic resistant genes,ARGs），其在环境中的持久性残留，在菌群间的迁移、传播和扩增，比抗生素残留本身对生态环境的危害更大.随着海洋资源与环境的持续开发与利用，海洋正逐步成为抗生素和ARGs的重要储存库，海洋环境中的抗生素和ARGs对海洋生态环境和公众健康的威胁同样不容忽视.本文对海洋环境中抗生素的来源、赋存、迁移转化和生态风险等研究进行分析梳理，对海洋环境中ARGs的环境行为进行综述，以期为海洋环境中抗生素和ARGs环境行为和风险评估研究提供参考，最后对相关研究的发展趋势进行了展望.     

环境微生物中芳环加氧酶的获取策略

芳环加氧酶可催化芳香环的羟基化反应,广泛应用于生物修复及化工合成行业.本文在综述芳环加氧酶的分类和应用的基础上,详细探讨基于纯培养技术与宏基因组技术的芳环加氧酶开发策略,并首次对这些策略进行比较和评估.利用传统的纯培养技术已经获得大量的芳环加氧酶,然而这些加氧酶种类单一,重复率高,且新颖性不足.新兴的宏基因组技术赋予了开发未培养微生物资源的新思路,但利用其获取芳环加氧酶的研究刚刚起步,存在着筛选效率低、异源表达困难等难题.本文从基因信息量、筛选通量与效率、时间与成本以及目的基因下游表达可行性等方面对这两种方法进行综合评价,并提出宏基因组技术筛选不同类型芳环加氧酶的适用方法.纯培养技术与宏基因组技术的有机结合,与蓬勃发展的各种组学技术一起,将有助于推动芳环加氧酶的理论研究及生物催化产业的快速发展.     

我国环境中新兴污染物抗生素及其抗性基因的分布特征

抗生素及其抗性基因(ARGs)是环境中普遍存在的新兴污染物,其环境水平和分布特征等相关研究方兴未艾.本文在总结大量文献的基础上,着重阐述了我国环境多介质中抗生素及其ARGs分布特征的最新研究进展,介绍了抗生素的存在状况与环境水平,讨论了抗生素的浓度水平时空分布差异及其对水生环境的风险,进一步通过介绍ARGs在环境中的污染水平,评述了抗生素ARGs污染物分布特征、水平转移及相应的微生物群落结构变化,最后对这两类新兴污染物的环境分布研究进行了展望,并针对我国现状提出了今后的研究重点.     

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.     

气溶胶中抗生素抗性基因研究进展:以养殖场和医院为例

抗生素在医药和养殖业的大量使用导致耐药菌的出现,加速了抗生素抗性基因(antibiotic resistance genes,ARGs)在不同环境介质中的传播扩散,抗生素耐药性已成为目前全球卫生、食品安全和发展的最大威胁之一。气溶胶作为ARGs的潜在储存库缺乏系统的研究数据,而通过空气传播具有较高抗生素抗性水平的细菌可能是引起重要疾病的主要传播途径。本文针对养殖场和医院2个抗生素大量使用的典型场所,对气溶胶中ARGs的污染现状、样品采集与检测技术进行综述,并探讨了这一环境污染的潜在风险,表明开展气溶胶中ARGs研究的必要性,并为以后需开展的工作提出几点建议。     

淡水环境中抗生素抗性基因的来源、归趋和风险

近年来淡水体中抗生素耐药菌及抗生素抗性基因(antibiotic resistance genes,ARGs)的广泛分布和快速传播已成为全球性的环境健康热点问题,国内外学者围绕淡水环境中ARGs的主要来源、多介质分布、转移机制及ARGs与微生物群落的互作机制开展了一系列研究.本文综述了医疗废水、污水处理厂尾水和养殖废水作为淡水环境中ARGs主要来源的关键作用,分析了国内外淡水环境中ARGs多介质分布和归趋特征,阐明了淡水环境中ARGs传播扩散途径和归趋影响因子,归纳了ARGs风险形成机制与评价方法,提出了未来关于淡水环境中ARGs的研究热点和趋势,以期为ARGs环境与健康风险管控提供参考.目前关于ARGs产生过程与归趋特性的认识仍相对局限,ARGs在水生食物链中动态归趋特征、传播扩散过程和暴露风险形成机制的相关研究亟待加强,淡水环境ARGs生态健康风险的系统评估方法也需尽快建立.     

抗生素环境行为及其环境效应研究进展

抗生素作为一类抗菌性药物广泛用于预防和治疗人类和动物疾病,并且在畜牧和水产养殖业中用于促进动物的生长.进入人和动物体内的抗生素不能被生物体完全吸收,大部分以原药或代谢物的形式经由尿液和粪便排出体外进入环境中.抗生素是环境中一类新型污染物,由于其使用量大和诱导产生抗生素耐药菌株,对人类健康和生态环境构成威胁,近年来受到日益广泛的关注.抗生素诱导产生的抗性基因(ARGs)也已经被定义为环境中一类新型污染物.本文介绍了抗生素的使用现状、环境来源以及不同环境介质中抗生素的分析方法和污染现状,并且对其吸附降解行为、毒性效应以及ARGs进行了讨论,最后指出了目前研究中存在的问题,并对未来研究进行了展望.在今后,应该更加系统地研究环境中抗生素的污染现状及其迁移转化等行为;开展低剂量长期慢性毒性和复合毒性效应研究;加强对环境中ARGs的污染现状和环境行为研究.     

基于序列筛选发掘宏基因组文库中的新颖卤化酶基因

绝大部分微生物的不可培养性使微生物的开发利用受到了限制,而宏基因组学策略为研究土壤中的不可培养微生物提供了途径.天然卤化物具有抗菌活性和抗肿瘤活性等生物活性,卤化酶在催化化合物的卤化过程中,对化合物活性产生重要影响,而以卤化酶基因为探针,可以发现与之偶联的天然生物合成基因簇,为卤化物的发现提供基础.利用卤化酶基因序列的保守区域设计简并引物,筛选土壤宏基因组文库获得卤化酶阳性克隆,并对获得的卤化酶基因间的进化及其与天然产物合成的关系进行分析.结果显示:通过同源序列筛选获得了65个卤化酶阳性克隆,序列同源分析表明约85%的阳性克隆中的卤化酶基因序列与已知卤化酶的相似性低,所获卤化酶基因具有较好的新颖性和多样性.而对所获克隆中生物合成相关基因的分析表明其中一个克隆中同时存在聚酮合酶基因与卤化酶基因,其可能与卤代I型聚酮合成相关.本研究基于序列筛选的方法,从宏基因组文库中发现了新的卤化酶基因和聚酮合酶基因,为进一步发现新颖的天然卤化物生物合成基因簇及天然卤化物奠定了基础.     

农田土壤抗生素抗性基因与微生物群落的关系

抗生素抗性基因(Antibiotic resistance genes,ARGs)作为一种新型环境污染物,近20年来在农田土壤中广泛富集,促进了耐药性的传播.土壤微生物群落在农业种植下也发生了极大的变化,由于ARGs的传播扩散与微生物息息相关,因此关于两者之间关系及相互作用的研究急速增加.本文通过综述近几年的国内外研究成果,概述了农田土壤ARGs的分布现状和优势微生物群落的变化情况,从农业种植模式、有机肥施用情况、施用有机肥的种类、土壤理化性质和土壤污染影响等角度总结ARGs富集与优势微生物群落、微生物多样性变化的关系,指出耐药菌的变化情况,基于当下研究的不足展望了继续深入探索的方向,为今后进一步深入探索两者间的科学规律提出了设想.     

基于宏基因组技术获得的对厌氧氨氧化菌代谢的新理解

厌氧氨氧化菌(Anaerobic ammonium oxidation bacteria,AAOB)是化能自养菌,由于其生理代谢的奇异性、细胞结构的特殊性以及对氮素循环的重要性,已成为环境工程、微生物以及海洋生物学等领域的研究热点.然而,AAOB未能实现纯培养的现状已成为AAOB代谢途径研究的巨大障碍.近年来兴起的宏基因组技术(Metagenomics)为AAOB代谢途径的研究提供了新手段.采用宏基因组技术,可直接研究微生物群体中某特定微生物基因组的结构与功能,摆脱了传统微生物学研究对纯培养的依赖,使未培养微生物的认识和开发成为可能.本文首先简述获取AAOB宏基因组信息的过程,然后通过比较由传统代谢研究方法和宏基因组技术获得的AAOB代谢途径的研究成果,论述基于宏基因组技术获得的对AAOB代谢的新理解,得出以下结果和结论:1)AAOB的碳素固定途径为乙酰辅酶A途径,碳素固定的还原力来自NADH或者QH2;2)AAOB氮素转化的重要中间产物是NO,而非NH2OH,并提出了以NO为核心的AAOB代谢的改进模型;3)AAOB的ATP合成途径为氧化磷酸化,推测的电子传递途径为N2H4—QH2—细胞色素bc1复合体;细胞色素bc1复合体再将电子用于NO2-还原和N2H4合成.AAOB的宏基因组技术使AAOB代谢途径的研究更具方向性.随着分子生物学理论和技术的不断发展,宏基因组学的升级技术(如宏转录组学、宏蛋白质组学)将为AAOB代谢途径的研究提供新的方法与平台.图3表1参51     

海南东寨港海水和沉积物中抗生素抗性基因污染特征研究

抗生素滥用及其诱导产生的抗生素抗性基因(Antibioticresistancegenes,ARGs)污染已经引起各界的广泛关注。东寨港是海南省重要的滩涂养殖基地,其ARGs的产生、传播和富集都可能对人类及生态健康产生危害。采集该区域海水和沉积物样本各10个,利用LC-MS/MS对海水和沉积物中磺胺类、四环素类、氯霉素类和喹诺酮类等4类15种抗生素进行测定,同时采用RT-PCR阐明了相应的12种ARGs(sul1、sul2、dfr A1;tet A、tet C、tet G、tet M;cata1、cata2、cmle1、cmle3;qnr S)及16S rRNA的分布特征,并对抗生素和ARGs的相关性进行分析。结果显示,所测ARGs在各沉积物样品中的检出率均为100%,海水样品中ARGs的检出率在80%-100%之间。其中,qnr S的检出率最高,存在于所有海水和沉积物样品中,而sul2的检出丰度最高。比较海水和沉积物中ARGs的相对丰度,发现沉积物中ARGs的污染程度高于海水。样品中抗生素总体检出率较低,其中沉积物仅有喹诺酮及磺胺类抗生素被检出,海水中除磺胺类抗生素外其他均未检出。与其他研究相比,该区域ARGs检出水平较高,而抗生素检出水平较低,ARGs含量与抗生素浓度相关性较弱(P0.05),这说明由历史背景诱导产生的ARGs可进行自我扩增而持续存在于环境中。该研究结果可为当地抗生素的安全使用和ARGs的环境风险评价提供重要依据。     

纳米材料对环境抗生素抗性基因污染扩散影响的研究进展

抗生素抗性基因(antibiotic resistance genes,ARGs)的环境扩散严重威胁了人类健康和生态安全。除抗生素滥用所产生的选择性压力以外,其他环境物质也能影响ARGs的传播。而纳米材料的广泛应用使其不可避免地在环境中扩散并进而影响ARGs的环境分布。因此,笔者综述了近年来纳米材料影响ARGs污染扩散的研究,并探讨了纳米材料对ARGs传播的影响机制,旨在深入理解ARGs的环境扩散行为,为ARGs环境控制及纳米材料非毒性环境效应的评估提供理论和技术支持。     

北江河水中抗生素抗性基因污染初步研究（Preliminary Studies on the Pollution Levels of Antibiotic Resistance Genes in the Water of Beijiang River, South China）

环境中细菌的耐药性,尤其是对抗生素的耐药性已成为影响生态环境的重要因素.论文采用抗生素抗性平板法调查了北江河水中四环素、红霉素及磺胺类这3类抗生素耐药性细菌的存在,采用定性PCR及荧光定量PCR方法分别研究了该水域sul1和sul2这2种磺胺类抗生素抗性基因(ARGs)的存在和含量水平.结果表明,所采集北江水域的9个样品中有5个对四环素有耐药性,7个对红霉素有耐药性,8个对磺胺二甲嘧啶有耐药性;定性PCR实验并经基因测序结果证实,5个样品含有sul1,4个样品含有sul2.进一步的PCR定量分析结果显示,7个样品中均检出sul1和sul2磺胺抗性基因,它们与内对照基因16S-rRNA表达量比值分别在10-2.56~10-0.52及10-3.25~10-1.24范围内,该结果显著高于美国科罗拉多州北部河流的研究结果.此外,数据分析也发现,sul1和sul2磺胺抗性基因的含量水平与该区域水中磺胺含量分布具有一定的相关性,表明外源性抗生素对河流的污染是诱导抗性基因的重要因素.     

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.     

水产养殖环境中抗生素抗性基因（ARGs）的研究及进展(Research Advancement of Antibiotics Resistance Genes（ARGs）in Aquaculture Environment)

抗生素在现阶段的水产养殖中具有不可替代的作用,但长期滥用抗生素会诱导水生动物体内产生携带抗性基因(ARGs)的细菌株,尤其是多重耐药性菌株的产生将使得各种疾病的治疗更加棘手.抗性基因一旦被排泄到水产环境中不仅会对养殖区域和周围的环境造成潜在的基因污染,而且还会通过各种可移动遗传元件如质粒、转座子、整合子等的水平迁移作用进入其他致病菌和环境细菌中,对人类的健康安全构成潜在的威胁.论文对抗生素抗性基因在水产养殖业中的来源、污染现状、潜在的传播途径和相关的检测方法进行了综述,指出了开展水产养殖业中抗生素抗性基因污染研究的必要性,建议政府和有关部门尽快进行水产养殖业抗生素抗性基因的污染机理与控制对策研究.     

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。     

抗生素抗性基因在生活及工业混合废水处理系统中的分布和去除

抗生素抗性基因(ARGs)由于其广泛的传播与转移,成为日益严峻的环境问题。污水处理厂(WWTP)被公认为ARGs的主要来源之一。膜生物反应器(MBR)是一种新型污染物去除工艺。在一个具有传统生物处理和膜系统处理的城镇污水处理系统的进水中,检出17种ARGs,并首次检出甲氧苄啶类ARGs。进水中sulΙ基因的绝对丰度最高,随后依次是tet C、sulⅡ、tet W、dfr A1、flo R和dfr A13基因。不同的处理系统去除同一种ARGs效果各不相同,MBR对ARGs去除效果显著优于传统生物处理工艺,同一个处理系统处理不同类ARGs,四环素类ARGs被去除的效果显著优于其他ARGs被去除的效果,绝对丰度下降了3.8个数量级。ARGs没有真正意义上的去除,只是从水体转移到污泥中,污泥中的ARGs不断积累。     

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。     

链霉菌S227抗耐药性物质的分离及其活性研究

在抗耐药性活性筛选过程中,发现分离自四川峨嵋山森林土壤的一株链霉菌S227(Streptomyces sp.)的发酵液具有抗细菌抗生素耐药性生物活性.利用已建立的抗耐药性的活性检测方法(专利号:ZL01128969.4)[1]为跟踪手段,采用有机溶剂萃取、硅胶柱层析以及薄层层析等方法,对该菌发酵液中抗耐药性活性物质进行分离纯化,得到了具有抗耐药性的活性单体S227-4,初步鉴定为四聚糖.利用MIC法对该样品的抗耐药活性进行研究:在证明该样品本身不具有抗菌活性的基础上,以临床分离的耐药菌株为指示菌,考察了该样品与抗生素联合使用时对耐药菌抗生素MIC(最小抑菌浓度)值的影响,结果表明,S227-4在不影响耐药菌生长的浓度下与不同的抗生素联合使用,可以明显提高不同耐药菌对不同抗生素的敏感性,如S227-4(200μg/mL)可以使S.aureus12334对红霉素的敏感性提高128倍.图2表2参8