基于高通量定量PCR与高通量测序技术研究城市湿地公园抗生素抗性基因污染特征

城市湿地公园是城市湿地保护与利用的重要实践,具有重要的生态系统服务价值.抗生素抗性基因(ARGs)作为一种新污染物,在水体环境中普遍存在,是当前环境研究和公众关注热点.基于高通量定量PCR与16S rRNA基因高通量测序技术,深入研究了厦门城市湿地公园水体环境中抗生素抗性基因的种类、丰度水平和分布特征.结合微生物群落特征和水质理化性质,阐释了城市湿地公园抗生素抗性基因污染的影响因子和驱动机制.结果表明,城市湿地公园水体环境总共发现了217种抗生素抗性基因,丰度水平高达6.48×10⁹ copies·L^-1,抗性基因呈现出丰度较高、种类多样以及普遍共存的特点,城市湿地公园是抗生素抗性基因分布的重要热区和存储库;Marivivens、 NS5＿marine＿group和Planktomarina等9种微生物是41种抗生素抗性基因的潜在携带者,微生物群落结构对城市湿地公园水体环境抗性基因变化的单独解释量达到了51%,因此微生物群落是城市湿地抗生素抗性基因赋存和演化最重要的驱动力.基于研究结果,暗示着城市湿地公园水体环境抗生素抗性基因具有潜在水生态安...     

厦门市近岸海域水环境抗生素抗性基因污染分布特征

海岸带及毗连海岛是人类经济社会发展的热点区域,城市化、工业化和农业活动等人类活动对近岸海域水环境生态环境产生了深刻的影响. 抗生素抗性基因（ARGs）作为一种新污染物,是当前水生态安全研究和公共关注的热点,但是近岸海域水环境ARGs污染研究比较匮乏. 基于厦门市近岸海域地理环境特征,采用高通量定量PCR技术,深入研究了近岸海域水环境中抗生素抗性基因的种类丰度水平和分布格局. 并结合16S rDNA基因扩增子测序方法,探究了水体环境微生物群落结构与组成,深入阐释了近岸海域抗生素抗性基因的影响因素和赋存变化机制. 结果表明,近岸海域水体环境总共检测出187种抗生素抗性基因,丰度水平高达1.29×10¹⁰ copies·L^-1,多重耐药类、氨基糖苷类和β内酰胺类是厦门市近岸海域水体环境最主要的3大类抗生素抗性基因,整体上呈现出丰度较高、种类多样以及普遍共存的特点,近岸海域水环境是抗生素抗性基因分布的重要热区和储存库;Nautella、Candidatus、Tenacibaculum、Rubripirellula和Woeseia等22种微生物是相应16种抗生素抗性基因的潜在携带者,可移动遗传元件（MGEs）和微生物群落结构对近岸海域水体环境抗性基因变化的综合解释量达到了93.9%,说明微生物群落及其可移动遗传元件是近岸海域水体抗生素抗性基因赋存和演化最重要的驱动力. 以上研究结果说明,厦门市近岸海域水体环境抗生素抗性基因具有潜在的水生态安全及人类健康风险,能够为近岸海域水体环境微生物及ARGs污染控制提供科学支撑.     

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.     

福建省敖江下游抗生素抗性基因分布特征

河流流域的下游往往是各种大小城镇聚集之处,快速城市化等人类活动导致了城市河流环境剧烈改变.抗生素抗性基因是一种新型污染物,城市河流中抗生素抗性基因的传播和富集可能对城市人口健康和城市生态安全造成潜在的危害.本研究采用高通量定量PCR技术,研究福建省连江县城区上游、城区下游和河流入海口这3个采样点的抗生素抗性基因污染情况和分布特征.结果表明:(1)敖江流域连江县城区下游河流抗生素抗性基因丰度达到了3.9×10~(10)copies·L~(-1),显著高于城区上游和河流入海口的丰度(P0.05);(2)城区下游检测出了129种抗生素抗性基因,显著高于城区上游检测出的79种,而河流入海口的抗性基因种类仍然高达118种,表明河流水体环境中抗生素抗性基因一旦出现,就很难自然消减;(3)城市河流环境是抗生素抗性基因的一个重要存储库.     

城市污水处理厂四环素抗性菌的筛选及其抗性基因分析

城市污水处理厂中抗生素抗性菌的富集和扩散对受纳水体及公共卫生安全造成严重的威胁.本研究从上海某城市污水处理厂活性污泥中筛选得到一株四环素抗性菌株TC-1,基于形态特征、生理生化特性和16S r DNA结果鉴定,菌株TC-1属于节杆菌属(Arthrobacter sp.).对节杆菌属菌株的全基因组分析表明,菌株TC-1含有多种抗生素抗性基因,包括四环素、氯霉素、大环内酯类和青霉素抗性基因.对比节杆菌属抗生素抗性基因的基因簇分析表明,这些抗性基因在节杆菌属中具有普遍存在性,表明其来源于相关菌株的遗传而非单个菌株的偶然获得.鉴于节杆菌属是潜在的病原性微生物,该结论可为废水生物处理系统中含抗生素抗性基因的致病微生物环境行为和风险评估提供参考.     

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.     

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...     

梅花鹿养殖场抗生素抗性基因分布特征

梅花鹿养殖是近年来我国南方地区出现的新兴养殖业.为探究梅花鹿养殖对养殖环境抗生素抗性基因的影响,采用高通量荧光定量PCR研究了抗生素抗性基因在养殖场区对照土壤、梅花鹿新鲜粪便、梅花鹿粪便堆肥产物和施用堆肥菜地土壤中的分布、丰度和多样性.结果表明,抗性基因的绝对丰度梅花鹿粪便堆肥产物梅花鹿新鲜粪便施用堆肥菜地土壤养殖场区对照土壤,抗生素抗性基因在4种环境样品中具有不同分布格局;梅花鹿养殖场环境中抗性基因丰度与可移动基因元件丰度显著相关(P0.05),表明可移动基因元件可能加快了抗性基因的水平转移过程,促进了抗性基因的迁移、传播和富集,加剧了养殖环境抗生素抗性基因污染.     

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.     

长江下游某水源型水库抗生素抗性基因污染研究

抗生素抗性基因是水环境中的新型污染物.为了探究夏季时期长江下游某水源型水库抗生素抗性基因(Antibiotic Resistance Genes,ARGs)污染赋存特征,分别采集了水体和沉积物样本并使用高通量荧光定量PCR和实时荧光定量PCR进行研究.结果表明,长江下游水体中检测出104种ARGs,水库水体中检测出118种ARGs,沉积物中检测出124种ARGs.β-内酰胺类、多重抗药类、其他类共54种ARGs为水库中占主导的抗性基因.抗性基因绝对丰度在水体中呈现从长江下游到库内富集的趋势,这表明水环境中的ARGs在水库中富集;相对丰度特征呈现长江下游水介质与库内水介质聚类,水介质与沉积物介质聚类.水体样本的整合子(CintⅠ-1(class 1)、intⅠ-1(clinical))与其ARGs总量之间存在显著的相关性(r=0.750,p0.05;r=0.971,p0.05),说明整合子对ARGs转移和富集具有重要作用.     

微塑料对海水抗生素抗性基因的影响

水环境中的微塑料和微生物抗生素抗性基因复合污染已经发展成为全球性的重大环境问题,给人类健康和生态环境带来新的挑战.海水中的微塑料残留日益增加,但是不同种类微塑料对海水抗生素抗性基因的干扰和影响还不是很清楚.选择了聚乙烯（PE）、聚氯乙烯（PVC）和具有一定水溶性的聚乙烯醇（PVA）这3种乙烯基微塑料,采集海水并添加微塑料进行了曝气培养实验（49 d）,利用高通量定量PCR技术,研究微塑料对海水抗生素抗性基因的影响.结果表明,空白对照海水、添加PE海水、添加PVC海水和添加PVA海水抗生素抗性基因的种类分别为20、35、42和64种,微塑料使得海水中的抗生素抗性基因种类显著增多;在丰度水平上,空白对照海水、添加PE海水、添加PVC海水和添加PVA海水抗生素抗性基因的丰度分别为4.01×10⁶、2.75×10⁷、4.54×10⁷和1.05×10⁸ copies·L^-1,微塑料显著增加了海水中抗生素抗性基因的丰度.因此,相较于空白对照海水,微塑料显著增加了海水抗生素抗性基因多样性和丰度水平;OLS回归分析显示,抗生素抗性基因与16S rRNA基因和可移动遗传元件有着显著正相关关系,说明微生物的丰度和基因水平转移机制能够影响海水抗生素抗性基因的分布、存续和演变.     

Metagenomic insights into the profile of antibiotic resistomes in sediments of aquaculture wastewater treatment system

To meet the rapidly growing global demand for aquaculture products, large amounts of antibiotics were used in aquaculture, which might accelerate the evolution of antibioticresistant bacteria(ARB) and the propagation of antibiotic genes(ARGs). In our research, we revealed the ARGs profiles, their co-occurrence with mobile genetic elements(MGEs), and potential hosts in sediments of a crab pond wastewater purification system based on metagenomic analysis. The residual antibiotic seems to increase ...     

微塑料对河口沉积物抗生素抗性基因的影响

微塑料和抗生素抗性基因都是环境中的新兴污染物,也是近年来的研究热点.为探究微塑料对河口沉积物抗生素抗性基因的影响,在沉积物中添加3种不同的微塑料进行培养实验,主要采用高通量定量PCR方法研究河口沉积物抗性基因种类、丰度、多样性及其变化情况.结果表明,微塑料显著改变了沉积物中抗生素抗性基因结构组成,两种难降解微塑料PVC和PE使得沉积物抗生素抗性基因组成结构显著改变,而可溶性微塑料PVA使得沉积物抗生素抗性基因种类数显著减少;添加PVC、PE和PVA微塑料的沉积物抗生素抗性基因的绝对丰度显著增加,分别为4. 1×10~9、8. 1×10~9和2. 0×10~9copies·g~(-1),添加PE微塑料的沉积物抗生素抗性基因丰度增加了近一个数量级,微塑料显著增加了沉积物抗生素抗性基因的绝对丰度; OLS回归分析显示,抗生素抗性基因丰度与转座子、整合子基因显著正相关,表明可移动遗传元件可能促进了抗生素抗性基因的迁移、传播和扩散.     

生活垃圾渗滤液处理过程中抗生素抗性基因的变化特征

抗生素抗性基因被认为是一种环境污染物,城市生活垃圾填埋场及其渗滤液中存在着多种类和高丰度的抗生素抗性基因.针对生活垃圾渗滤液处理工艺流程特点,本研究采用超高通量定量PCR技术,分析生活垃圾渗滤液处理过程中抗生素抗性基因的变化特征.结果表明,渗滤液处理使得出水抗生素抗性基因丰度减至9. 2×1010copies·L-1,降低了5个数量级,能有效消减渗滤液中的抗生素抗性基因,是一种有效消减垃圾渗滤液抗生素抗性基因丰度的方法;渗滤液出水中的抗生素抗性基因140种,检出率高达46. 7%,相较于自然环境,出水中抗生素抗性基因种类和丰度仍然维持在较高水平,直接排入市政污水管网可能造成抗生素抗性基因的二次扩散,存在着较高的生态环境风险;渗滤液中抗生素抗性基因与Cr、Cd、Ni、As、MGEs、integron和transposon呈现极显著的正相关关系,表明抗生素抗性基因的赋存和迁移传播可能受重金属元素和可移动遗传元件的共同影响.     

紫色土丘陵区畜禽养殖场土壤中抗生素抗性基因分布特征

鉴于紫色土高垦殖丘陵区土壤中抗生素抗性基因的潜在生态环境风险,本研究采用高通量荧光定量PCR技术,分析了抗生素抗性基因在不同类型畜禽养殖场(养猪场、养鸡场和养牛场)土壤中的丰度和多样性.结果表明,3种养殖场土壤中共检出79种抗生素抗性基因和5种可移动基因元件,其中多重耐药类基因是养殖场土壤中丰度最高的耐药基因.不同养殖场土壤中抗生素抗性基因的丰度和多样性均表现为养鸡场和养猪场样品高于养牛场土壤,且3种养殖场土壤样品中的抗性基因表现出不同的类别分布特征.养殖场土壤中较高的可移动基因元件丰度,及其与抗生素抗性基因丰度显著的相关性(P0. 05)说明,可移动基因元件可能促进了抗生素抗性基因在养殖场土壤中的迁移和扩散.     

鸡粪和猪粪生物发酵过程中抗生素抗性基因的动态变化

畜禽粪便是储存和传播抗生素抗性基因(ARGs)的主要载体.为明确鸡粪和猪粪堆肥过程中ARGs和MGEs相对丰度的变化及影响其消减的关键环境因子,探索减少畜禽粪便堆肥中ARGs含量并降低其污染风险的有效方法,采用实时荧光定量PCR技术和16S rRNA高通量测序技术,测定了鸡粪和猪粪好氧堆肥75 d的过程中,不同阶段10种ARGs和7种可移动遗传元件(MGEs)的丰度变化和细菌群落变化,分析了ARGs和MGEs与细菌群落的相关性和堆体理化性质(温度、含水率、 pH和DOC)变化对ARGs和MGEs丰度的影响.结果表明,猪粪(PM)中ARGs和MGEs丰度显著高于鸡粪(CM).堆肥结束后,两种堆肥中9种ARGs和5种MGEs的相对丰度均显著降低,其中CM中3种ARGs(tetM、tetT和aacA)和4种MGEs(ISEcp1、IS1216、IS613和tnp614)的去除率达到99%; PM中9种ARGs[tetB(P)、tetL、tetM、tetO、tetT、aacA、aadD、aphA3和sat4]及4种MGEs(ISEcp1、IS26、IS1216和tnp614)去除率均达到99%...     

渔业复垦塌陷地抗生素抗性基因与微生物群落

水产养殖行业抗生素的广泛使用引起了抗生素抗性基因(antibiotic resistance genes,ARGs)污染问题.为探究渔业复垦塌陷地ARGs污染特征,利用宏基因组学技术检测分析了渔业复垦塌陷地ARGs的相对丰度和微生物群落结构.研究区域共检测出29种ARGs,bacA在所有样品中相对丰度最高,达1.96×...     

石化废水处理厂中耐药菌和耐药基因的分布特征与去除效能解析

抗生素耐药性污染已成为全球新兴环境问题之一.本研究选取某座石化废水处理厂,对耐药菌（ARB）和3种形态耐药基因（ARGs）：细胞内耐药基因（iARGs）、细胞外附着态耐药基因（aeARGs）和游离态耐药基因（feARGs）的分布特征与去除效能开展研究.结果表明,废水处理厂中检出四环素、磺胺和氨苄西林这3类ARB,其绝对浓度为8.45×10²~2.38×10⁵ CFU·mL^-1.厌氧处理可使这3类ARB绝对浓度下降0.04 lg~0.21 lg;曝气和沉淀处理对ARB的影响因其类型而异;出水ARB绝对浓度高出进水水平0.12 lg~0.63 lg.活性污泥中aeARGs和iARGs绝对丰度分别为1.96×10⁷~3.02×10¹⁰ copies·g^-1和5.22×10⁷~4.15×10¹⁰ copies·g^-1;而废水中feARGs绝对丰度为5.90×10⁸~1.01×10¹² copies·L^-1.厌氧处理可去除0.13 lg~0.65 lg aeARGs和0.04 lg~0.28 lg iARGs;曝气和沉淀处理对aeARGs和iARGs的去除效果受ARGs类型和形态影响;出水中feARGs绝对丰度较进水升高0.06 lg~0.81 lg.冗余分析表明,ARB浓度与COD、Cl^-和总氮浓度显著正相关（P<0.05）;aeARGs丰度与COD和总氮浓度显著正相关（P<0.05）;iARGs和feARGs丰度均与重金属浓度显著正相关（P<0.05）.本研究证实了石化废水处理厂具有ARB和不同形态ARGs的富集风险,并为特种工业废水耐药性污染研究与防治提供理论基础.     

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.     

升级A/O工艺污水处理系统中抗生素抗性基因的分布与去除研究

针对北方某采用升级A/O工艺的生活污水处理厂,使用实时荧光定量PCR技术,探究污水厂中ARGs的分布及各处理工艺段对ARGs的去除效果.结果表明:四环素抗性基因(tetA、tetC和tetM)、磺胺抗性基因(sul1和sul2)、大环内酯抗性基因(ermA和ermF)和喹诺酮抗性基因(parC和gyrA)在污水和污泥中均被检出.污水厂进水中ARGs的绝对丰度为2.65×10³～1.01×10⁶ copies·mL^-1,升级A/O工艺未能有效削减ARGs,出水中ARGs的绝对丰度为9.22×10³～1.15×10⁶ copies·mL^-1,污泥中ARGs的绝对丰度为8.07×10⁷～2.65×10¹¹ copies·g^-1.深度处理工艺对ARGs的去除效率对比结果显示,生物活性炭工艺对ARGs的削减效果优于紫外消毒.