抗生素及其抗性基因在环境中的污染、降解和去除研究进展

随着抗生素及其抗菌产品的广泛应用,自然和人工环境中的抗生素残留带来的危害引起人们关注.本文基于最新文献,综述了国内外抗生素及其抗性基因的污染水平和来源、它们之间的关系和传播机理以及这类污染物的降解和去除技术.现有研究表明,抗生素及其抗性基因的污染已遍布水、土壤、大气等介质,而在以污水处理厂和固废填埋场为代表的人工环境中,其污染水平更高.抗生素残留诱导产生抗性基因,其在环境中传播扩散与水平基因转移(Horizontal Gene Transfer,HGT)和微生物群落结构组成有关.抗生素和抗性基因在环境中自然降解过程受基质类型、光照、温度和微生物种群等因素的影响,其中光照是影响其降解的重要因子;而在人工处理系统中,紫外消毒和生化降解对抗生素及其抗性基因有较好的去除效果,但并非全部有效.建议今后加强对特定环境中抗生素和抗生素抗性基因的扩散规律和高效降解去除等方面的机理和工艺研究,进而有效控制其环境含量,降低其污染水平.     

抗生素抗性基因在环境中的来源、传播扩散及生态风险

近年来,由于抗生素的滥用首先诱导动物体内产生抗生素抗性基因(antib iotic resistance genes,ARGs),从而加速了抗性基因在环境中细菌间的传播扩散.目前,抗生素抗性基因作为一类新型环境污染物,在不同环境介质中的传播、扩散可能比抗生素本身的环境危害更大.本文针对抗生素抗性基因在地表水、地下水、医疗废水、城市污水处理厂、养殖场、土壤、沉积物以及大气环境中的来源、分布、传播情况以及国内外最新研究动态进行综述.分析了抗生素抗性基因在环境中的潜在传播途径及其可能影响因素,并指出光照,厌氧,高温处理可以有效遏制抗生素抗性基因在环境中的传播和扩散.揭示了抗生素抗性基因可能造成的生态风险,针对我国对该类污染物的研究现状,提出了今后的研究重点.     

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。     

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.     

兽药抗生素环境风险控制管理政策探析

抗生素作为兽药和饲料添加剂广泛用于世界各国的畜禽养殖,造成环境中抗生素/抗性基因传播扩散问题日益突出,严重威胁到生态环境和人类健康。笔者梳理了国内外在兽药抗生素登记、使用、标准以及防控计划等各环节的管理政策,从不同角度分阶段提出了我国兽药抗生素环境风险控制管理政策建议,包括:建立兽药环境监管机制,从源头控制抗生素抗性基因污染;制定兽药抗生素环境风险评估导则,从登记环节规避环境与健康风险;加快制定粪便和污水中抗生素/抗性基因的控制标准,从使用末端消除污染;加强含有抗生素的粪便处置与管理,限制抗生素/抗性基因的环境溢出;推广生态有机农业的开展,以期为我国兽药抗生素的环境管理提供基础支撑。     

土壤环境中四环素类抗生素残留及抗性基因污染的研究进展(Tetracycline Residues and Tetracycline Resistance Gene Pollution in Soil: A Review)

近年来,致病菌耐药性的增加和扩散已成为全世界关注的热点问题,而人类医疗和畜禽养殖业抗生素的滥用正不断加剧这一问题.众多研究表明土壤环境作为一个巨大的抗性基因储存库,在抗性微生物和抗性基因的传播中起重要的作用,具有潜在的生态与健康风险.在总结国内外最新研究基础上,对土壤环境中典型抗生素-四环素类抗生素的主要污染源以及其在土壤中的基本环境行为等进行了分析,并探讨了土壤中四环素类抗性基因的来源、迁移和扩散及分子检测手段等问题.我国作为抗生素的生产和消费大国,抗生素污染问题较其他国家更为严重,而国内相关研究才刚刚起步,迫切需要开展有关环境中抗生素和抗生素抗性基因污染的系统研究.     

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。     

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     

饮用水系统中抗生素抗性基因的研究进展

抗生素抗性基因(Antibiotic resistance genes,ARGs)在饮用水系统中的传播和扩散已成为全球公共健康的主要威胁之一.饮用水厂处理工艺对抗生素抗性基因的去除效果对保证饮用水水质安全具有重要意义,但是水处理工艺、消毒方式以及管网输配系统对不同抗生素抗性基因的影响差异较大.本文在总结了大量文献的基础上,阐述了饮用水系统中抗生素抗性基因的污染特征,综述了臭氧、混凝、砂滤、生物活性炭以及氯消毒和超滤膜等不同水处理工艺对抗生素抗性基因去除的影响及其机理.     

生物炭添加对土壤中抗生素和抗性基因的环境行为影响研究进展

近年来,土壤抗生素和抗性基因污染已成为我国新兴的环境问题,生物炭作为土壤改良剂施用到土壤后会影响抗生素和抗性基因的环境行为.本文从我国土壤中抗生素和抗性基因污染现状和潜在风险出发,概述了生物炭添加土壤对抗生素的吸附、解吸及老化的影响,分析了生物炭特性、土壤类型、抗生素种类,和温度、pH值、共存物质等吸附条件对生物炭添加土壤吸附抗生素的影响,阐述了生物炭添加对土壤中抗生素和抗性基因迁移、消散、生物有效性,以及酶和微生物的影响,并对生物炭控制土壤中抗生素和抗性基因的研究前景进行了展望,拟为土壤中生物炭调控技术的发展提供参考.     

抗生素的环境残留、生态毒性及抗性基因污染

抗生素的环境污染与生态毒害问题近年来引起了极大的关注.在总结国内外相关研究基础上,对环境中几种典型抗生素(四环素、土霉素、氯四环素和磺胺类等)的污染源以及在水和土壤环境中的残留与污染水平进行了分析;对抗生素的污染生态毒性最新研究进展给予了评述;对抗生素抗性基因在环境中可能的暴露途径进行了探讨,指出应将抗生素抗性基因作为一类新的环境污染物.鉴于我国抗生素污染的严峻事实,建议应从国家层面上尽快开展有关抗生素环境污染和生态毒害机理的系统研究.     

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。     

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。     

Antibiotic resistance genes in manure-amended paddy soils across eastern China: Occurrence and influencing factors

• Manure fertilization resulted in antibiotic residues and increased metal contents. • The tet and sul genes were significantly enhanced with manure fertilization. • Soil physicochemical properties contributed to 12% of the variations in ARGs. • Soil metals and antibiotics co-select for ARGs. Pig manure, rich in antibiotics and metals, is widely applied in paddy fields as a soil conditioner, triggering the proliferation of antibiotic resistance genes (ARGs) in soil. However, comprehensive studies on the effects of manure fertilization on the abundance of ARGs and their influencing factors are still insufficient. Here, pig manure and manure-amended and inorganic-amended soils were collected from 11 rice-cropping regions in eastern China, and the accumulation of antibiotics, metals, and ARGs was assessed simultaneously. The results showed that manure fertilization led to antibiotic residues and increased the metal content (i.e., Zn, Cu, Ni, and Cr). Tetracycline and sulfonamide resistance genes (tetM, tetO, sul1, and sul2) were also significantly enhanced with manure fertilization. According to variance partitioning analysis, the most important factors that individually influenced ARGs were soil physicochemical properties, accounting for 12% of the variation. Significant correlations between soil nutrients and ARGs indicated that manure application enhanced the growth of resistant microorganisms by supplying more nutrients. Metals and antibiotics contributed 9% and 5% to the variations in ARGs, respectively. Their co-occurrence also increased the enrichment of ARGs, as their interactions accounted for 2% of the variation in ARGs. Interestingly, Cu was significantly related to most ARGs in the soil (r = 0.26–0.52, p<0.05). Sulfapyridine was significantly related to sul2, and tetracycline resistance genes were positively related to doxycycline. This study highlighted the risks of antibiotic and ARG accumulation with manure fertilization and shed light on the essential influencing factors of ARGs in paddy soils.     

Presence,dissemination and removal of antibiotic resistant bacteria and antibiotic resistance genes in urban drinking water system: A review

Reviewed the change of ARGs and ARB in full-scale urban drinking water systems. Conventional processes are more promising than BAC process in ARGs removal. Mechanisms of ARGs enrichment and spread in BAC filter and DWDSs are discussed. Raise the need of future research on ARGs and ARB change in building plumbing systems. Antibiotic resistance in aquatic environment has become an important pollution problem worldwide. In recent years, much attention was paid to antibiotic resistance in urban drinking water systems due to its close relationship with the biosafety of drinking water. This review was focused on the mechanisms of antibiotic resistance, as well as the presence, dissemination and removal of antibiotic resistant bacteria (ARB) and antibiotic resistance genes (ARGs) in the urban drinking water system. First, the presence of ARB and ARGs in the drinking water source was discussed. The variation of concentration of ARGs and ARB during coagulation, sedimentation and filtration process were provided subsequently, in which filtration was proved to be a promising technology to remove ARGs. However, biological activated carbon (BAC) process and drinking water distribution systems (DWDSs) could be incubators which promote the antibiotic resistance, due to the enrichment of ARGs and ARB in the biofilms attached to the active carbon and pipe wall. Besides, as for disinfection process, mechanisms of the inactivation of ARB and the promotion of conjugative transfer of ARGs under chlorine, ozone and UV disinfection were described in detail. Here we provide some theoretical support for future researches which aim at antibiotic resistance controlling in drinking water.     

抗生素单一及联合暴露对RP4质粒介导的抗性基因水平转移的hormesis效应研究

抗生素滥用导致的抗性基因(ARGs)泛滥问题引起人们的日益关注。目前关于抗性基因的研究主要集中在环境监测方面,但是关于抗生素对ARGs传播的影响研究还相对缺乏。质粒是ARGs传播的重要载体,因此以基于RP4质粒的大肠杆菌(E.coli)接合转移体系为研究对象,探讨了盐酸四环素、甲氧苄啶、磺胺氯哒嗪、磺胺异唑在单一暴露条件下对RP4质粒接合转移的影响。根据单一暴露的结果设计混合抗生素的浓度比,探究抗生素联合暴露实验对质粒接合转移的影响。结果表明:在单一暴露条件下,只有盐酸四环素对含有四环素抗性的RP4质粒的接合转移频率有低促高抑的hormesis效应;在联合暴露条件下,对RP4质粒接合转移无促进作用的抗生素会抑制四环素的hormesis效应,这一定程度上降低了抗生素的环境风险。并且用受体理论解释了抗生素对质粒接合转移的hormesis效应产生机制,为目前尚无定论的hormesis受体理论机制提供了证据支持。     

养殖场废水中磺胺类和四环素抗生素及其抗性基因的定量检测

抗生素滥用及其诱导产生的抗生素抗性基因（antibiotic resistance genes,ARGs）污染已经引起人们的广泛关注。选取上海市某地养殖场作为研究对象,采用高效液相色谱-质谱法和实时荧光定量PCR法,对养殖场污水及附近农田灌溉渠河水中5种四环素及磺胺类抗生素,8种对应的ARGs的含量、特征及相关性进行了研究。研究结果显示,在采集的水样中均含有待检测的5种抗生素,养殖污水中抗生素含量高于农田灌溉河水,各样本中四环素类抗生素含量均略高于磺胺类抗生素,2种四环素抗生素总量为294.0~376.1μg﹒L-1,3种磺胺类抗生素总量为197.7~323.0μg﹒L-1。养殖场污水样本中8种ARGs均有检出,磺胺类抗性基因中sul（A）含量最高,绝对拷贝数为108.4108~1010.3728;四环素类抗性基因中tet（W）含量最高,绝对拷贝数为106.18805~107.8874。农田灌溉渠河水中除tet B（P）外,其它7种ARGs均有检出。样本中ARGs相对表达量总体呈现磺胺类ARGs高于四环素类ARGs的特点。抗生素浓度与ARGs相对表达量的Pearson相关性分析显示,样本中sul（Ⅲ）与磺胺类抗生素浓度存在较明显的正相关性,但其它几种ARGs与抗生素则未见或存在一定负相关性。表明除抗生素外,ARGs在水环境中的丰度可能与ARGs种类及其它环境因子有关。该研究将有助于认识上海地区养殖场废水中抗生素和ARGs污染状况,为进一步开展黄浦江水域抗生素尤其是ARGs的污染研究提供数据基础。