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.     

天津市中心城区集中供应管网末梢水的抗生素耐药基因污染特征研究

为了研究天津市中心城区集中供应管网末梢水的抗生素耐药基因(antibiotic resistance genes,ARGs)污染特征,采集了天津市中心城区6个采样点的管网末梢水样,分别采用微孔滤膜正压过滤法及核酸吸附-洗脱法富集水中细菌和胞外核酸后,利用实时定量PCR技术对15种胞内ARGs和胞外ARGs进行定量检测....     

中国边缘海沉积物中抗生素抗性基因和致病菌的组成特征

抗生素抗性基因作为一种新型“污染物”已经受到广泛关注.研究边缘海中抗生素抗性基因和人类致病菌的组成特征,有助于深入认识海洋环境中抗生素抗性基因的起源和海洋致病菌的潜在健康风险.使用基于高通量测序的宏基因组学分析方法在中国边缘海沉积物中发现了多种抗生素抗性基因,主要以多重耐药基因为主,其中南海沉积物中抗生素抗性基因的总丰度约是黄渤海的2倍.与中国边缘海相比,珠江口沉积物中抗生素抗性基因丰度更高,与人类常用抗生素（如磺胺类、氨基糖苷类、β-内酰胺类、四环素类等）的耐药性更为相关.此外,中国边缘海沉积物中几乎没有发现质粒携带的抗性基因,而珠江口有约20%的抗性基因由质粒携带.中国边缘海沉积物中主要人类致病菌种包括肺炎链球菌（24.4%）、肺炎克雷伯菌（19.9%）、无乳链球菌（9.2%）、铜绿假单胞菌（6.9%）等.珠江口沉积物中致病菌群落组成与中国边缘海显著不同,副溶血性弧菌和空肠弯曲杆菌的丰度相对更高.上述研究表明,中国边缘海沉积物中存在高多样性的抗生素抗性基因和人类致病菌,人类活动干扰可导致其污染水平提高.     

牛粪发酵过程中抗生素耐药基因及相关菌群组成变化规律

随着规模化奶牛养殖迅速发展,牛粪带来的环境污染问题日益严重。实验探究牛粪及其堆肥过程中养分变化、抗生素耐药基因消减情况以及细菌群落演替规律,探讨细菌菌群与养分、抗生素耐药基因之间的相关性。采集牛粪及其堆肥过程样品,测定样品中养分、检测抗生素耐药基因相对丰度,采用16S r RNA高通量测序技术研究牛粪堆肥过程细菌群落变化。结果表明,从新鲜牛粪(组FM)到发酵牛粪(组C),样品中有机质含量下降,全氮和全磷含量有不同程度增加,全钾(TK)显著升高(P<0.05)。堆肥发酵后,抗生素耐药基因erm B、tet M、bla CTX-M和aac(6')-Ib-cr的相对丰度呈现不同程度的下降,而基因sul1相对丰度增加。高通量测序结果表明,在门水平,各组均以Firmicutes、Proteobacteria和Bacteroidetes这3个菌门为主,在属水平,各组具有不同的优势物种,其中发现Bacteroides、Paeniclostridium和Pseudomonas等7个潜在病原菌属的相对丰度在堆肥后有效降低。通过相关性分析发现,潜在病原菌属与基因tet M和sul1呈显著正相关(P<0.05),此外,大部分优势菌属与养分TK有显著相关性(P<0.05)。研究结果表明,牛粪经堆肥发酵后,病原菌相对丰度有效降低,抗生素耐药基因相对丰度的下降与细菌菌群结构变化存在相关关系。     

基于宏基因组学解析不同污水处理系统的耐药基因组分布特征和传播机制

污水处理厂是向水环境中传播抗生素抗性基因(antibiotic resistance genes, ARGs)的热点。与城镇污水相比,工业园区废水成分复杂、污染物浓度高,更有利于ARGs的增殖和扩散。为探究不同类型废水环境的ARGs组成特征和潜在的传播风险,采用宏基因组学技术分别对城镇生活污水处理系统(W1-SD)、工业园区废水处理系统(W1-SI)和2个城镇综合污水处理系统(W2-LH1和W2-LH2)进行取样调查。结果显示,多重耐药类、磺胺类、氨基糖苷类和杆菌肽类抗性基因是废水环境中的主要耐药类型,Ⅰ型整合子、转座酶基因等可移动遗传元件(MGEs)对sul1、aadA和ereA等基因亚型的增殖扩散发挥了关键作用,通过序列分型发现质粒型ARGs的相对丰度更高,尤其是在进水样品中,氨基糖苷类和磺胺类等抗性基因是主要的质粒型ARGs;污水处理过程削减了ARGs多样性,且经过二次沉淀工艺,ARGs丰度均明显降低,但在W1-SI和W2-LH2中,后续的深度处理工艺又使ARGs丰度升高;与城镇污水处理系统相比,W1-SI的ARGs组成更为稳定,最终排水中富集了较高丰度的质粒型ARGs,同时识别...     

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。     

功能基因组学在环境化学品毒性机制研究中的应用

认识化学品的毒性机制是开展化学品健康风险评估的基础。掌握化学品有害效应的遗传易感性机制是开展精准的健康风险评估的前提。传统的毒理基因组学主要分析化学品暴露诱导的组学表达图谱,不能建立生物学表型与特定基因/通路表达的直接关联。功能基因组学通过敲除或者敲降全基因组或者特定的基因集,建立基因-化学品毒性的直接关联,进而研究化学品致毒的过程和机制,同时可以提供与化学品暴露的遗传易感性相关的分子响应信息。本论文综述了功能基因组学技术的原理及其主要发展,介绍了酵母、鸡DT40细胞和RNA干扰等功能基因组学测试方法的优缺点。同时,详述了CRISPR功能基因组学的原理和特点,以及其在化学品毒性机制研究中的应用,展望了联合应用分子流行病学和CRISPR功能基因组学,开展化学品有害效应的易感性机制研究。     

基于宏基因组学的三峡库区重庆主城段水体浮游微生物群落的组成和功能分析

三峡水库建成以来,水生环境发生了显著的变化,水库浮游微生物在关键生源要素循环中发挥关键驱动作用。为了分析三峡库区重庆段水体浮游微生物的功能及多样性,于2015年5月对三峡库区重庆主城段(北碚、朱沱、木洞)表层水环境总DNA样本进行了提取。调查水域总磷(total phosphorus,TP)、总氮(total nitrogen,TN)已分别达到IV、V类水标准,水体污染主要是由TN,TP造成的,各调查水域均处于中营养至重富营养状态。基于宏基因组学技术在Illumina HiSeq 4000平台上对总的浮游微生物进行了序列测定,分析了重庆主城段水环境浮游微生物的物种以及功能结构特征。结果显示,朱沱和木洞点位水体优势门为放线菌门(Actinobacteria)、变形菌门(Proteobacteria)和拟杆菌门(Bacteroidetes)。北碚点位水体优势门为放线菌门、变形菌门、拟杆菌门和蓝细菌门(Cyanobacteria)。在属水平上,颤藻属(Oscillatoria)和微鞘藻属(Microcoleus)只出现在北碚点位的嘉陵江表层水体,其余两处几乎没有。在对3组样本一共99 472条基因进行通路分析时,有54 340条有功能注释结果。由直系同源聚类(cluster of orthologous group,COG)注释结果得知,浮游微生物物种基因的主要功能为翻译、核糖体结构和生物合成、氨基酸转运和代谢。Pearson相关分析结果显示:水温(T)、总碳(total carbon,TC)、溶解有机碳(dissolved organic carbon,DOC)是影响三峡库区重庆段浮游微生物群落结构的重要环境因子。     

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。     

海洋环境基因组学在海洋生态研究中的应用

海洋环境基因组学是功能基因组学的一个分支学科,它将基因组学的最新技术引入到海洋生态环境的研究当中,得到了许多有价值的研究成果,显示出巨大的发展潜力。文章总结了海洋环境基因组学所开展的工作和已取得的成果,指出目前海洋环境基因组学的工作主要集中在三个领域:海洋生物基因资源文库的建立与完善;海洋生物对环境胁迫的应激反应及生理机制的研究;探索不同生物种群的基因表达谱是否与生物地理分布相关联。并着重讨论了利用基因组学技术研究环境胁迫对海洋生物物种的分布、生物物种间的相互作用以及水生物疾病的影响。如海洋环境基因组学通过测定基因表达谱的变化,研究海洋生物对环境温度的生理响应,绘制出生物地理图谱;通过测定基因转录水平的变化,更深入地了解温度变化所造成的生理支出,从而预测热气候漂移可能给海洋生态环境所造成的影响。在水生物疾病的研究方面,海洋环境基因组学用DNA微阵列技术分析染病生物的基因表达谱,筛选出发生变化的基因表达,为理解病毒感染机制提供了大量信息。还可以深入研究环境胁迫因子与微生物种群群落的组成关系,并由此找到通过维持水体的微生态平衡来消除某些病害发生的环境条件。     

宏蛋白质组学在活性污泥研究中的应用

宏蛋白质组学作为研究微生物群落的一种新兴技术,主要是对特定微生物群落所表达的全部蛋白进行宏观、高通量的分析研究.本文综述了宏蛋白质组学研究的技术路线,主要包括蛋白的提取和纯化、分离和鉴定,以及宏蛋白质组学在强化生物除磷的活性污泥、活性污泥胞外多聚物和比较不同处理工艺活性污泥的差异等方面的研究.活性污泥的宏蛋白质组学研究完善了强化生物除磷活性污泥的厌氧和好氧阶段的代谢模型,揭示了活性污泥胞外多聚物在污染物降解过程中的主要作用和表现,阐述了不同活性污泥在污水处理过程中宏观特性与微观功能之间的关系,对于污水的生物处理有着重要的指导意义.宏蛋白质组学在活性污泥研究领域仍处于起步阶段,没有统一、有效的蛋白提取方法,数据库匮乏,成为活性污泥宏蛋白质组学发展的主要阻碍.随着各种新兴仪器、方法的应用以及数据库的不断完善,活性污泥宏蛋白质组学将会在污染物生物降解机制分析、鉴定功能蛋白等方面展现其巨大的优势.     

分子印迹技术在水环境抗生素富集中的应用进展

近年来,由于抗生素的大量使用,使得环境中抗生素的残留现象变得十分普遍.这些残留的抗生素通过多种途径进入到水环境中,会对人类健康以及水生生态系统造成危害.分子印迹技术(MIT)因其能选择性识别、有效富集和去除目标分析物,被广泛应用于水环境中抗生素的富集及检测.本文介绍了分子印迹技术的原理以及印迹聚合物的制备方法,并且总结...     

宏基因组技术及其在环境保护和污染修复中的应用

宏基因组学是分子生物学技术应用于微生物生态学研究而形成的一个新概念,以环境中末培养微生物为研究对象,通过直接从环境样品中提取全部微生物的DNA,构建宏基因组文库,利用基因组学策略研究环境样品所包含的全部微生物的遗传组成及其群落功能.从1998年提出至今,该项技术已经广泛应用于工业、农业、医学等研究领域.文章在对宏基因组学的概念、研究方法、存在问题的综述基础上提出了相应的解决方法,并指出该技术在环境保护和污染修复中存在潜在的应用价值.利用该技术可以深入了解特定环境中微生物空间分布和动态变化,为环境监测、预警和评价提供理论依据.     

浮游动物DNA宏条形码标志基因比较研究

DNA宏条形码技术作为一种新型生物监测方法,在未来生态环境监测中有巨大的应用潜力。目前,浮游动物DNA宏条形码监测仍在发展阶段,需要首先对其(采样方法、引物选择和数据分析等)进行标准化和调整,然后才能用于常规流域生态监测。其中,如何选择合适的PCR扩增引物是DNA宏条形码生物监测标准化的关键问题之一。本研究比较了COI、18SV9和16S通用引物在浮游动物DNA宏条形码监测中的差异,为初步建立规范化的浮游动物DNA宏条形码监测方法提供技术支撑。结果表明,16S引物对浮游动物具有更好的特异性,其产生的操作分类单元(operational taxonomic unit, OTU)有88.1%属于浮游动物。虽然18SV9引物具有更高的物种覆盖度,不仅能扩增出浮游动物,还能扩增出大量藻类和真菌,但其物种识别敏感性较差,不适合浮游动物物种水平多样性监测。COI引物的浮游动物物种特异性、物种覆盖度和物种识别敏感性都适中,检出的浮游动物物种数量高于18SV9引物和16S引物,更加适合浮游动物DNA宏条形码监测。     

毒理学领域的新思维：功能基因组学在毒理学中的应用

功能医学要求应用国际上最先进的检查技术定量检查反应器官功能的各种分子,从而评估器官功能。将功能医学应用到毒理学研究中,必将更早发现环境中有害因素对人体的早期损害,因此它能够将毒理学研究推向一个新高度。     

抗生素抗性基因在典型行业和市政污水中的污染特征及消减研究进展

抗生素在养殖、制药及医疗卫生行业中的广泛使用导致环境中的抗性细菌(Antibiotic resistance bacteria,ARB)及抗性基因(Antibiotic resistance genes,ARGs)浓度日益增加,甚至已经威胁到人体健康.本文在总结大量文献的基础上,阐述了ARB和ARGs在抗生素典型行业(包括养殖业、制药业和医疗卫生业)和市政污水中的污染特征,重点介绍了污水处理系统(Wastewater treatment plants,WWTPs)不同处理工艺对抗性细菌和抗性基因消长的影响及机制,最后针对污水处理系统中抗性基因的消减提出了新的见解,并对今后研究方向进行了展望.     

抗生素抗性基因在土壤中积累、转移与消减的研究进展

细菌耐药性给人类健康及公共卫生带来巨大的威胁。土壤尤其是农业土壤是环境中抗生素抗性重要的源库。为减少抗生素抗性基因(ARGs)的传播风险,了解其在土壤中的传播规律非常重要。通过总结分析国内外发表的相关文献,对目前ARGs在土壤中的积累、转移情况及消减特征进行了综述。已有调查结果发现,农业发达及经济发地区土壤是ARGs积累的热区。有机肥施用及污水灌溉等原因导致ARGs在土壤中持续积累,其丰度可达10² gene copies/16S rRNA gene copies。胞内抗生素抗性基因(i ARGs)、胞外游离抗生素抗性基因(eARGs)是ARGs的两种赋存形态,其中,i ARGs是主要的赋存形态。i ARGs通过接合转移、转导在土壤中传播,其中接合转移是目前研究最多及最主要的水平转移方式。eARGs通过转化在土壤中传播。胞外DNA可以在土壤中留存几个月甚至一年以上,由于检测方法的限制eARGs在土壤中的自然转化并不经常被发现,因此,对土壤eARGs的风险研究有所忽略。外源ARGs进入土壤后的命运受到ARGs种类、形态、土壤特性、污染物等因素的影响。ARB进入土壤后...     

城市社区农贸市场空气微生物及抗生素抗性基因研究

社区农贸市场活禽交易区是城市重要的人畜交叉感染区域,区内高存量的微生物和抗生素抗性基因(antibiotic resistance genes,ARGs)可通过粪便、冲洗水、空气等介质传播扩散。而空气介质中通过微生物气溶胶形式的传播途径,因其隐秘性、持久性的特点而对社区居民健康构成严重威胁。本文研究了深圳市某典型社区农贸市场内空气微生物及抗生素抗性基因。结果表明,活禽交易区可培养细菌浓度高达105CFU·m-3,远高于一般室内区域(103CFU·m-3),其中PM2.5精细颗粒物(0.65~3.3μm)中所含菌量占总菌量42%以上;活禽交易区空气介质中,抗生素抗性基因tet G、tet W、sul1和sul2检出率达70%以上,其绝对浓度在10~4~10~9copies·m-3之间;周边环境空气样品中,随着与活禽交易区距离的增加,空气微生物及抗生素抗性基因含量呈显著下降趋势。结果表明,农贸市场活禽交易区是微生物和抗生素抗性基因的一个重要储存库,活禽交易区空气会严重影响农贸市场及其外周边空气质量。     

MBR工艺处理螺旋霉素制药废水过程中抗生素耐药菌与抗性基因的研究

抗生素废水含有大量的抗生素耐药菌(antibiotic resistant bacteria,ARB)与抗性基因(antibiotic resistance genes,ARGs),处理排放后可能增强受纳环境的微生物抗性,因此有必要深入研究抗生素废水处理过程中ARB与ARGs的削减效果及其影响因素。本研究采用膜生物反应器(membrane bioreactor,MBR)工艺处理螺旋霉素制药废水,考察了不同水力停留时间(hydraulic retention time,HRT)对ARB与ARGs削减效果的影响。结果表明,虽然在HRT=30 h时MBR对COD与氨氮的去除率略高于HRT=40 h,但HRT=40 h时,不仅总异养菌与肠球菌的去除效果更佳,出水肠球菌耐药率及携带的抗性基因检出率也更低,而且MBR对废水中erm B、erm F、erm X、mef A、ere A、mph B和转移元件ISCR 1、Tn 916/1545相对丰度的削减效果更好。这表明长HRT更有利于MBR工艺削减螺旋霉素废水的耐药菌与抗性基因。