畜禽粪便中多重耐药细菌及耐药基因的分布特征

为了解畜禽粪便中多重抗生素耐药细菌及耐药基因的污染特征,采用微生物培养的方法调查了鸡粪、猪粪中多重耐药细菌的数量,并挑取部分菌株进行16S rDNA鉴定和抗生素敏感性试验;进一步通过高通量测序技术解析多重耐药细菌的群落结构,利用高通量定量PCR对粪便中176种耐药基因的分布情况进行研究.结果表明,不同鸡粪、猪粪中对四环素、环丙沙星和庆大霉素同时耐药的多重耐药细菌比例在7.96%~12.40%;单菌株鉴定和群落结构分析均显示,可培养的多重耐药细菌主要集中在Escherichia(埃希氏杆菌属)、Acinetobacter(不动杆菌属)和Proteus(变形杆菌属)中.与未饲用抗生素的猪粪相比,猪粪样品中耐药基因的总富集倍数达到1.96×10~4~1.54×10~5倍,各类耐药基因的富集情况为:四环素类β-内酰胺类MLSB(大环内酯、林可酰胺和链阳性菌素B类)氨基糖苷类FCA(氟喹诺酮、喹诺酮、氟苯尼考、氯霉素和酰胺醇类)磺胺类万古霉素类.     

鸡粪模拟堆肥中多重耐药菌、耐药基因和整合酶基因的消减动力学解析

为掌握多重耐药菌、耐药基因和整合酶基因在鸡粪堆肥过程中的消减动力学规律,试验外源添加多重耐药菌,并以其携带的磺胺类耐药基因(sul2)、多肽类耐药基因(mcr-1)、喹诺酮类基因(oqxB)和Ⅰ类整合酶基因(intI1)作为典型污染物,开展模拟堆肥试验. 结果表明:可培养的多重耐药大肠杆菌数量在3 d的高温后得到完全灭活;堆肥10 d后,多重耐药菌总量下降了4～6个数量级. 在高温堆肥过程中耐药基因的绝对丰度随着堆肥过程的进行而逐渐降低,耐药基因aadA、sul2、mcr-1、oqxB的消减率分别为89.39%、97.99%、99.89%、99.81%,intI1基因的消减率高于80%;大多数耐药基因的相对丰度表现出先降低后略微升高的趋势. 基于基因绝对丰度的非线性回归分析表明,“独立”耐药基因(oqxB、mcr-1)的消减速率明显高于与Ⅰ类整合酶基因相连的基因(aadA),多重耐药大肠杆菌16S rRNA基因消减速率为0.128 d?1,半消减期为5.41 d. 堆肥对耐药基因绝对丰度的消减速率高于相对丰度. 研究显示,堆肥可以有效消减鸡粪中多重耐药菌,耐药基因消减规律符合一级动力学方程,与Ⅰ类整合酶基因相连耐药基因消减速率慢于“独立”耐药基因,4种耐药基因的半消减期为1.69~5.81 d.      

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.     

城市自来水中临床抗生素耐药基因的分布研究

为了解长江流域中下游城市/县自来水中临床抗生素耐药基因(cARGs)分布和污染来源等相关问题,文章采用定量聚合酶链式反应技术,测定了长江中下游12个城市/县自来水中9种cARGs、整合子基因intl1和转座子基因tnpA的相对丰度,并对intl1、tnpA、环境因子与cARGs的相关性进行了分析.用微生物溯源(MST)方法确定了自来水中cARGs污染的潜在来源.结果 表明:(1)在所有地区中,铜陵市自来水的总cARGs相对丰度最高(5.50×10-2拷贝数/16S rRNA),南京市最低(1.56×10-3拷贝数/16S rRNA);(2)除荆州市外的其他城市/县自来水中最多的cARGs种类是blaTEM,而最低的是黏菌素类;(3)tnpA的相对丰度均低于intl1,且与sul3的相对丰度呈显著正相关(p＜0.05);(4)自来水中的总氮含量与blaCTX-M丰度呈显著负相关(p＜0.05);(5)MST仅检测到反刍动物和非特异性物种的粪便污染,其中九江市的非特异性物种标记相对丰度最高(4.11×10-2拷贝数/16S rRNA).     

茅洲河流域民用井中耐药基因的分布特征与健康风险

抗生素的大量使用促进了抗生素耐药基因的产生与传播.地下水是重要的供水途径之一,然而地下水中耐药基因的分布特征与健康风险尚不清楚.采用高通量荧光定量PCR技术(high-throughput qPCR),分析了深圳茅洲河流域11口民用井中耐药基因的分布特征和多样性.结果表明, 11口民用井中共检出141种抗生素耐药基因和8种可移动遗传元件,其中磺胺类、多重耐药类和氨基糖苷类耐药基因的丰度最高.此外,民用井井水中也检出了临床重要的耐药基因,如超广谱β-内酰胺酶基因(blaSHV、blaTEM、blaCTX和blaOXA-1),万古霉素类基因(vanB和vanC-03)等.通过对耐药基因进行均一化计算,发现在民用井W7、 W8和W10的井水中,平均每个细菌携带有至少一个耐药基因,而W11井水中甚至每个细菌平均携带有4个耐药基因.磺胺类、多重耐药类、氨基糖苷类、β-内酰胺类以及氯霉素类耐药基因的丰度与可移动遗传元件的丰度均呈显著正相关(P0.01),表明民用井中可移动遗传元件可能促进了耐药基因在井水中的扩散.     

水产致病菌耐药基因的研究

采用纸片扩散法(Kirby-Bauer法)研究不同来源的54株水产细菌对10种抗生素的敏感性,筛选获得耐药菌株并研究其耐药基因。根据GenBank中注册的耐药基因序列,针对不同抗生素的耐药基因设计相应的引物,对耐药基因进行扩增,检测耐药菌株中耐药基因的分布。结果由54个受试菌株中检测出42个耐药株,耐药率为77.8%。其中37株对3种以上抗生素产生耐药,多重耐药率为68.5%。以耐药菌株质粒为模板,扩增磺胺类耐药基因sul2、氯霉素耐药基因cat1、cat2、cat3、cat4、卡那霉素耐药基因aadB、喹诺酮耐药基因gyrA,结果显示:sul2基因阳性9株,3株氯霉素cat2阳性,4株氯霉素cat3阳性,1株氯霉素cat4阳性,3株aadB阳性。质粒上耐药基因的检出率分别为50%、27%、36%、9%、60%。     

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...     

蚯蚓摄食污泥对其肠道功能区微生物种群及耐药基因的影响

以赤子爱胜蚓(Eisenia fetida)为实验蚓种, 研究蚯蚓消化污泥前后, 其肠道各功能区微生物种群结构及耐药基因(ARGs)丰度的变化情况.为表征活体功能性微生物, 所取新鲜样品均采用叠氮溴化丙锭(PMA)预处理后, 再进行DNA相关分析.结果表明: 蚯蚓消化污泥5d后, 细菌16S rDNA和真核生物18S rDNA的丰度在其胃中分别显著增加了28.2倍和42.2倍(P<0.05), 而在砂囊和后肠中均显著性降低(P<0.05).此外, 蚯蚓消化污泥使其砂囊中的优势菌门由变形菌门变为软壁菌门, 胃中的优势菌门由拟杆菌门变为厚壁菌门, 而对后肠微生物种群结构的影响较小.对于ARGs而言, 大环内酯类耐药基因ermF、四环素类耐药基因tetX和磺胺类耐药基因sul2在蚯蚓胃中的丰度分别显著升高了1.9×10²倍、8.4×10⁵倍和25.9倍(P<0.05), 而在其砂囊和后肠中ARGs总丰度分别显著下降了11.0倍和45.2倍(P<0.05).基于网络分析结果显示, 蚯蚓摄食污泥可影响其肠道内ARGs宿主细菌的结构多样性.     

武汉城市湖泊抗生素及抗性基因的污染特征研究

为研究武汉城市湖泊抗生素及抗生素抗性基因的污染水平与分布特征,文章采用超高效液相色谱-质谱法和荧光定量PCR法对南湖、沙湖和东湖水体及底泥中12种抗生素、9种ARGs及Ⅰ类整合子intI1进行定性和定量分析。结果表明,湖泊水体及底泥中均以喹诺酮类抗生素污染为主,浓度范围分别为51.43～105.62 ng/L和9.01～12.93 ng/g。10种目标基因中,tetG、tetM、sul1、sul2、qnrD及intI1的检出率均为100%。磺胺类抗性基因sul1的相对丰度最高(2.39×10~(-2)～3.99×10~(-1)),属于优势抗性基因。intI1含量与4种抗性基因含量(tetG、tetM、sul1及qnrD)、ARGs总量之间均存在显著正相关关系(P0.05),说明intI1是ARGs在城市湖泊环境中进行水平基因转移的重要媒介。冗余分析表明四环素类、喹诺酮类抗生素污染和intI1含量是影响湖泊水体、底泥中ARGs丰度及分布的重要因素。     

新安江流域水体抗生素耐药菌分布状况研究

为探究新安江流域水体抗生素耐药菌污染状况和分布特征,该研究采集新安江流域31个不同样点的93份水样进行抗生素耐药菌检测与分析。结果表明：新安江流域内率水、横江和新安江的氨苄青霉素耐药菌检出率最高,检出率介于10.75%～85.45%;链霉素耐药菌检出率次之,检出率介于5.88%～83.10%;四环素耐药菌检出率第三,检出率介于0.28%～22.37%。卡那霉素和氯霉素耐药菌检出率较低,其检出率均在5%以内。综合所有样点的耐药菌检出率数据可知,该流域内氨苄青霉素和链霉素耐药菌检出率最高,显示该流域内β-内酰胺类和氨基糖苷类抗生素耐药性最严重。该研究结果可为新安江流域内抗生素污染治理奠定数据基础。     

祁连山七一冰川及融水中细菌多样性的研究

通过荧光显微镜测定细菌密度,利用分离培养和16S rDNA序列分析细菌种类多样性,对祁连山七一冰川雪及融水中的细菌数量和多样性进行了研究.结果表明,七一冰川雪及融水中微生物总数为103~105cells.mL-1,可培养细菌数为0~600cfu.mL-1.恢复出的22株不同种类的细菌隶属于Bacteroidetes、Actinobacteria、Firmicutes和a,β,γ-Proteobacteria共6个类群,其中Bacteroidetes占总类群的80%,为优势类群;Pedobacter和Pseudomonas属为优势菌,占可培养细菌数量的90%.与青藏高原、南北极冰雪中微生物的比较分析发现Pantoea、Providencia、Terrabacter及Aerococcus这4个属和Oxalobacteraceae细菌是七一冰川的地方种类,在其它低温环境中未被发现.     

不同种植方式对亚热带红壤微生物多样性的影响

土壤微生物在推动土壤碳循环过程方面发挥着重要作用,然而种植方式的改变对土壤微生物多样性的影响机制还不十分清楚.本研究采集湖南省盘塘县长期定位试验站红壤稻田(PR)、旱地(UC)及水旱轮作(PR)这3种不同种植方式的土壤样品,采用末端限制性酶切片段长度多态性分析(T-RFLP)技术和实时荧光定量(RT-PCR)技术分析了土壤细菌16S rRNA基因的多样性和丰度,研究种植方式改变对土壤微生物数量、群落结构及其多样性的影响.结果表明,3种种植方式的土壤细菌16S rRNA基因数量(以干土计)为2.5×109~1.5×1010拷贝·g-1,与PR相比,UP和UC处理16S rRNA基因丰度显著下降(P0.05).同时,3种种植方式下土壤细菌的优势类群为变形菌(76、90和327 bp;相对丰度47%~53%)和绿弯菌(65 bp;相对丰度10%~12%).冗余分析表明种植方式改变了土壤理化性质,导致土壤细菌群落结构特征的显著变化,而土壤理化性质中有机碳和全氮含量是影响土壤细菌群落结构的主要因子.多样性指数分析(香农指数和均匀度指数)显示种植水稻的土壤细菌多样性最高,显著高于水旱轮作和旱地土壤.可见,种植方式的改变对土壤群落组成和数量造成了深刻的影响,而水稻种植是亚热带红壤可持续利用的一种有效方式,其更有利于土壤有机质的累积,土壤肥力及微生物多样性均较高.     

Co-occurrence of genes for antibiotic resistance and arsenic biotransformation in paddy soils

Paddy soils are potential hotspots of combined contamination with arsenic (As) and antibiotics, which may induce co-selection of antibiotic resistance genes (ARGs) and As biotransformation genes (ABGs), resulting in dissemination of antimicrobial resistance and modification in As biogeochemical cycling. So far, little information is available for these co-selection processes and specific patterns between ABGs and ARGs in paddy soils. Here, the 16S rRNA amplicon sequencing and high-throughput quantitative PCR and network analysis were employed to investigate the dynamic response of ABGs and ARGs to As stress and manure application. The results showed that As stress increased the abundance of ARGs and mobile genetic elements (MGEs), resulting in dissemination risk of antimicrobial resistance. Manure amendment increased the abundance of ABGs, enhanced As mobilization and methylation in paddy soil, posing risk to food safety. The frequency of the co-occurrence between ABGs and ARGs, the host bacteria carrying both ARGs and ABGs were increased by As or manure treatment, and remarkably boosted in soils amended with both As and manure. Multidrug resistance genes were found to have the preference to be co-selected with ABGs, which was one of the dominant co-occurring ARGs in all treatments, and manure amendment increased the frequency of Macrolide-Lincosamide-Streptogramin B resistance (MLSB) to co-occur with ABGs. Bacillus and Clostridium of Firmicutes are the dominant host bacteria carrying both ABGs and ARGs in paddy soils. This study would extend our understanding on the co-selection between genes for antibiotics and metals, also unveil the hidden environmental effects of combined pollution.     

红树林湿地污水消纳过程中厌氧氨氧化菌存在特征

厌氧氨氧化过程作为滨海生态系统氮去除的有效途径,对维持滨海生态系统氮元素收支平衡具有重要意义.本研究采用基于16S rRNA基因的荧光定量PCR(qPCR)技术,并结合环境因子,对红树林湿地中厌氧氨氧化菌基因丰度和相对丰度的存在特征进行考察.结果表明,在红树林湿地0～65 cm深度的沉积物中均检出厌氧氨氧化菌,随距排污口距离及深度的增加,本研究中厌氧氨氧化菌基因丰度和相对丰度未发现明显的分布规律.相关性分析表明,厌氧氨氧化菌基因丰度和相对丰度在红树林湿地沉积物中的空间分布与环境因子密切相关,厌氧氨氧化菌基因丰度与总氮(TN)、总有机碳(TOC)和总碳(TC)呈显著正相关,氨氮(NH~+_4-N)、亚硝氮(NO~-_2-N)、硝态氮(NO~-_3-N)和电导率(EC)是影响厌氧氨氧化菌基因丰度的重要因子;相对丰度与C∶P、N∶P比值呈显著正相关,C∶N比值、总碳(TC)和电导率(EC)是影响厌氧氨氧化菌基因相对丰度的重要因子.综上,针对厌氧氨氧化菌16S rRNA定量分析在一定程度上揭示了红树林湿地厌氧氨氧化菌基因丰度、相对丰度与环境因子的耦合关系.     

Quantification of anaerobic ammonium-oxidizing bacteria in enrichment cultures by quantitative competitive PCR

The anaerobic ammonium-oxidizing (ANAMMOX) bacteria were enriched from a sequencing batch biofilm reactor (SBBR). A quantitative competitive polymerase chain reaction (QC-PCR) system was successfully developed to detect and quantify ANAMMOX bacteria in environmental samples. For QC-PCR system, PCR primer sets targeting 16S ribosomal RNA genes of ANAMMOX bacteria were designed and used. The quantification range of this system was 4 orders of magnitude, from 103 to 106 copies per PCR, corresponding to the detection limit of 300 target copies per mL. A 312-bp internal standard was constructed, which showed very similar amplification e ciency with the target amxC fragment (349 bp) over 4 orders of magnitude (103–106). The linear regressions were obtained with R2 of 0.9824 for 103 copies, 0.9882 for 104 copies, 0.9857 for 105 copies and 0.9899 for 106 copies, respectively. Using this method, ANAMMOX bacteria were quantified in a shortcut nitrification/denitrification-anammox system which was set for piggery wastewater treatment.     

典型岩溶土壤微生物丰度与多样性及其对碳循环的指示意义

探讨土壤微生物指标的变化规律,用于揭示其在岩溶土壤碳循环中的指示意义.以桂林岩溶试验场洼地、坡地和垭口这3种岩溶地貌形态下的剖面(0~10、10~20、20~30cm)土壤为研究对象,采用聚合酶链式反应-变性梯度凝胶电泳(PCRDGGE)和荧光定量PCR相结合的方法,分析这个典型岩溶土壤剖面中的微生物多样性和丰度变化.数据显示,16S rRNA最高丰度出现在洼地,为1.32×1011拷贝·g-1,而18S rRNA最高丰度出现在垭口,为1.12×1010拷贝·g-1;洼地和垭口剖面的16S rRNA丰度随着深度的增加而降低,3种岩溶地貌形态的18S rRNA丰度均随着剖面深度的增加而降低,与土壤有机碳质量分数的变化趋势一致.但是,在3种岩溶地貌形态中,3个16S rRNA和6个18S rRNA的多样性指数均随土壤剖面深度的增加而增大.由于16S rRNA和18S rRNA的多样性与丰度和土壤有机碳之间总体上表现出相反的变化趋势,说明微生物丰度指标在土壤碳循环中的指示意义比微生物多样性指数更重要.     

处理水产养殖污水潜流湿地中的厌氧氨氧化菌群特征

厌氧氨氧化(anaerobic ammonium oxidation,ANAMMOX)是潜流湿地净化污水的重要功能,目前关于潜流湿地厌氧氨氧化特征还不清楚.为了解处理水产养殖污水潜流湿地中的厌氧氨氧化特点,采用16S rRNA基因克隆文库和实时荧光定量PCR技术以及多样性分析等方法,对处理水产养殖污水潜流湿地中ANAMMOX菌的结构、多样性和丰度进行了研究分析.结果表明,处理水产养殖污水潜流湿地中存在Candidatus brocadia和Candidatus kuenenia这2类已知的ANAMMOX菌和3类未知的ANAMMOX菌,其优势种群为Candidatus brocadia;在不同季节中,秋季潜流湿地中ANAMMOX菌的多样性最高(H',1.21),春季最低(H',0.64);在养殖周期内,潜流湿地中ANAMMOX菌的丰度(以鲜重计,下同)在8.0×104~9.4×106copies·g-1之间,总细菌丰度在7.3×109~9.1×1010copies·g-1之间;在潜流湿地不同层面以及不同季节中,ANAMMOX菌的丰度存在着明显的差异,总细菌丰度则差异不明显,ANAMMOX菌的丰度在不同层面上的差异没有随时间变化的规律性.根据潜流湿地中ANAMMOX菌的分布特征,改变养殖污水布水方式和调整湿地结构可以提高潜流湿地的反硝化效果.该研究为进一步优化潜流湿地结构,提高净化养殖污水效率提供了依据.     

稻田土壤反硝化厌氧甲烷氧化菌的时空分布与群落结构分析

由"Candidatus Methylomirabilis oxyfera"主导发生的以甲烷和亚硝酸盐为底物的反硝化厌氧甲烷氧化反应(nitrite-dependent anaerobic methane-oxidizing,n-damo)的发现,将生物地球化学碳循环和氮循环以新的方式结合起来.本研究以夏季和冬季江阴稻田土壤柱状样品为研究对象,对稻田土壤M.oxyfera-like菌的时空分布和群落结构进行了考察.M.oxyfera-like菌16S rRNA基因的定量PCR结果显示M.oxyfera-like菌的丰度随着土壤深度的增加而增加,且无明显季节性差异,60~200 cm深度的稻田土壤是M.oxyfera-like菌的高丰度区域.M.oxyfera-like菌pmo A基因的系统发育分析和生物多样性分析显示M.oxyfera-like菌的群落结构具有一定的时空异质性,且生物多样性随着土壤深度的增加而增加.这些结果都说明江阴稻田深层土壤(60~200 cm)是适宜M.oxyfera-like菌生存的生态环境.     

Temporal variation and sharing of antibiotic resistance genes between water and wild fish gut in a peri-urban river

Antibiotic resistance genes (ARGs) as emergence contaminations have spread widely in the water environment. Wild fish may be recipients and communicators of ARGs in the water environment, however, the distribution and transmission of ARGs in the wild fish and relevant water environment were rarely reported. Here, we have profiled ARGs and bacterial communities in wild freshwater fish and relevant water in a peri-urban river using high-throughput qPCR and 16S rRNA gene sequence. A total of 80 and 220 unique ARG subtypes were identified in fish and water samples. Fish and water both showed significant ARG seasonal variations (P < 0.05). The highest absolute abundance of ARGs in fish and water occurred in summer (1.32 × 10⁹ copies per g, on average) and autumn (9.04 × 10⁶ copies per mL), respectively. In addition, the bipartite network analysis showed that 9 ARGs and 1 mobile genetic element continuously shared in fish and water. Furthermore, bacteria shared in fish and water were found to significantly correlate with shard ARGs. The findings demonstrate that bacteria and ARGs in fish and water could interconnect and ARGs might transfer between fish and water using bacteria as a spreading medium.