基于病毒宏基因组学鉴定水环境中噬菌体携带的新型耐药基因及其耐药特点分析

水环境作为耐药基因的存储库,为耐药基因的水平转移和新型耐药基因的产生提供重要场所.但到目前为止,对水环境中病毒携带耐药基因的特征及其功能还知之甚少.因此以南四湖和东平湖为研究对象,利用病毒宏基因组学结合体外实验的方法探讨水环境中病毒携带新型耐药基因的情况及其耐药特点.通过分析病毒基因组的片段（reads）和重叠群（contigs）,鉴定出多种耐药基因,包括AAC（6’）、Qnr A、Van Y、Vat和β-内酰胺酶基因.值得关注的是,通过核心序列比对和进化分析,挖掘出两种噬菌体携带的新型β-内酰胺酶基因bla_NSDPV-1和bla_NSVM-1.最小抑菌浓度试验表明,这两种编码新型β-内酰胺酶的耐药基因对临床常用头孢类和碳青霉烯类抗生素具有一定的耐药性.综上所述,水环境中噬菌体很可能在新型耐药基因的产生和耐药基因散播中起着重要的作用.另外,病毒宏基因组学结合体外实验是发现噬菌体携带新型耐药基因的重要方法.     

抗生素化学合成生产废水可生化性改善试验研究

采用水解酸化与Fenton试剂分别处理高浓度抗生素化学合成废水的厌氧出水,并采用MBR验证其生化性的改善。试验表明:在废水ρ(COD)平均为4 084 mg/L时,水解酸化COD去除率平均为26.2%,ρ(BOD5)/ρ(COD)从0.23提高到0.31,但无法保证MBR出水ρ(COD)<120 mg/L。Fenton试剂反应条件为:ρ(H2O2)=5 000 mg/L,ρ(Fe2+)=4 000 mg/L,pH=7,反应时间1 h,COD去除率达50%。混合废水经MBR处理后,出水ρ(COD)平均为98.4 mg/L,可稳定达《制药工业水污染物排放标准》。     

底物浓度对反硝化MBBR处理反渗透浓水脱氮效能及脱氮基因的影响

针对污水处理厂生产高品质再生水过程中低压反渗透单元(DFRO)产生的反渗透浓水中TN浓度高和N O x - -N(N O 3 - -N+N O 2 - -N)占比高的问题,采用反硝化MBBR处理实际反渗透浓水,研究不同底物浓度下反硝化MBBR的脱氮效能和反硝化基因拷贝数的变化。结果表明:进水N O 3 - -N浓度为(8.70±6.34)~(24.23±8.69)mg/L,TN浓度为(28.43±5.69)~(44.10±7.37)mg/L时,随着浓度的升高N O 3 - -N和TN去除率保持平稳,但N O 3 - -N和TN去除速率上升,N O 2 - -N去除率和去除速率下降。进水N O 2 - -N浓度为(10.94±8.51)~(20.94±5.78)mg/L时,随着浓度的升高,N O 3 - -N和TN去除率及去除速率降低,N O 2 - -N去除率及去除速率上升。反硝化MBBR填料生物膜主要由球菌、杆菌和少量丝状菌组成;填料生物膜和底泥中各脱氮基因拷贝数随N O 3 - -N和TN浓度增加而增大,nirK、nirS和Anammox等基因拷贝数也随N O 2 - -N浓度增加而增大。     

头孢噻肟钠与重金属对AmpC β-内酰胺酶类抗性基因转移的影响

为探究抗生素和重金属对抗性转移及接合子抗性基因丰度的影响,借助绿色荧光蛋白标记质粒,采用滤膜接合配对方法研究了胁迫条件对细菌接合频率的影响,定量检测了转移后的AmpC β-内酰胺酶类抗性基因丰度的变化.结果表明,头孢噻肟钠及重金属共胁迫促进了AmpC β-内酰胺酶类抗性基因从复杂群落到Escherichia coli BL21的转移.3μg·L~(-1)头孢噻肟钠胁迫下,细菌接合频率为空白组的2.06倍,其中,接合子耐药基因CIT、FOX和EBC的相对丰度分别升高了7.47、4.30和1.60倍.同时,以3μg·L~(-1)头孢噻肟钠胁迫组为对照,研究了重金属汞、铜和锌共胁迫对抗性转移的影响,考虑到头孢噻肟钠的水解特性和接合子克隆性扩增,接合时间定为3 h.结果发现,汞、铜、锌与头孢噻肟钠共胁迫组的细菌接合频率分别比对照组增长了2.57、1.60和1.74倍.汞共胁迫对接合子中7种AmpC β-内酰胺酶类抗性基因丰度无显著影响;铜共胁迫效应因抗生素抗性基因(ARGs)种类不同而不同,其中,对抗性基因EBC相对丰度的影响最大;锌共胁迫效应受锌离子浓度和ARGs种类影响,100 mg·L~(-1)锌共胁迫使得EBC和CIT丰度比对照组分别增加3.56和2.76倍.可见,抗生素与重金属共胁迫条件可促进环境中AmpC β-内酰胺酶类抗性基因的转移,值得关注.     

长江武汉段水源地典型抗生素及抗性基因污染特征与生态风险评价

为了探究长江武汉段水源地抗生素和抗性基因(ARGs)的分布特征和相关性以及潜在生态风险,采用固相萃取-超高效液相色谱串联质谱法(SPE-UPLC-MS/MS)和实时荧光定量PCR技术分别分析了全武汉市饮用水水源地中13种抗生素和10种ARGs的赋存水平.结果表明,在16处水源地样品中共检出9种抗生素,浓度范围为ND(未检出)～177.36 ng·L^-1,红霉素、磺胺嘧啶和磺胺对甲氧嘧啶的检出率均为100%,抗生素浓度分布呈现(以汉江汇入口划分长江干流上下游):支流举水<长江干流下游<长江干流上游<支流汉江<支流滠水.长江干流下游ARGs总绝对丰度明显高于长江干流上游和汉江,磺胺类ARGs显著高于其他三类ARGs耐药基因的平均丰度(P<0.05),ARGs中sul1与sul2、ermB、qnrS、tetW和intI1等5种ARGs存在显著正相关关系(P<0.01),相关系数分别为0.768、 0.648、 0.824、 0.678和0.790,磺胺类ARGs组内相关性弱于组间ARGs的相关性.磺胺甲■唑、金霉素、罗红霉素和恩诺沙星...     

荒漠绿洲土壤抗生素抗性基因分布特征及驱动机制

荒漠绿洲农田生态系统是干旱区环境下人类活动显著的复合生态系统.土壤微生物抗生素抗性与人类健康和生态平衡关系密切.研究荒漠绿洲环境不同土地利用类型模式下土壤抗生素抗性基因的多样性、分布特征和影响因素,对于评估干旱区土壤环境健康风险,促进绿洲农业生态的发展具有重要意义.采用高通量测序和高通量定量PCR技术对荒漠绿洲土壤微生物的群落结构和抗生素抗性基因多样性开展了研究,旨在探究干旱区土壤抗性基因的分布特征及其驱动机制.结果表明,从沙漠边缘到绿洲,荒漠沙生植物土壤、棉花地土壤、玉米地土壤、芦苇地土壤和湖泊沉积物中抗生素抗性的种类和丰度显著增加,与土地利用变化关系密切,农田土壤是抗性基因的重要存储库;荒漠绿洲土壤微生物群落与抗生素抗性基因显著相关,硫杆菌属(Thiobacillus)、沙漠细菌属(Pontibacter)、诺卡氏菌属(Nocardioides)、耐盐微杆菌属(Salinimicrobium)、土壤红杆菌属(Solirubrobacter)和链霉菌属(Streptomyces)等是各类抗性基因重要的潜在携带者;干旱区土壤中重(类)金属元素和可移动基因元件,与微生物群落共同塑造了抗生...     

氯/氯胺和紫外顺序消毒对管网抗性基因的去除

为探究供水系统中氯/氯胺与低压紫外顺序消毒对抗生素抗性基因(ARGs)分布特征的影响,采用生物膜反应器模拟供水管网,对管网出水和生物膜进行60mJ/cm²低压紫外线(254nm)消毒,并利用高通量定量PCR技术检测模拟管网进、出水及生物膜内的典型ARGs和遗传原件(MGEs).结果表明,管网反应器运行150d,氯和氯胺管网出水ARGs总相对丰度分别为0.13和0.137,生物膜ARGs分别为2.45和0.277,表明供水管网中低剂量的氯或氯胺可有效降低水相和生物膜相中ARGs的相对丰度达90%,且氯胺消毒对生物膜中的ARGs控制作用更显著.氯和氯胺消毒后管网出水再经低压紫外线照射后,ARGs相对丰度分别为0.0682和0.0537,管网生物膜中ARGs的相对丰度分别为2.01和0.194.ARGs与MGEs间的相关性发生显著变化,转座子与strB和mepA的相关性增强,与ermX和tetM相关性减弱,而整合子与acrF、cmlA1-01、oprJ及tolC-01的相关性增强.研究表明,将紫外线消毒工艺设置在用水终端可以显著降低氯和氯胺管网水中ARGs丰度,但对管网生物膜中的ARGs影响较小.     

厌氧和好氧处理过程中四环素抗药基因的丰度

为了了解抗生素生产废水不同处理过程(厌氧生物处理和好氧生物处理)中抗药基因的行为,本文以两种四环素(土霉素、金霉素)生产废水处理系统为调查对象,采用PCR和实时定量PCR(qPCR)方法考察厌氧和好氧处理过程中常见的6种四环素抗药基因(tet(A), tet(C), tet(G), tet(Q), tet(W), tet(X))及2种转移因子(I型整合子intI1, 异常插入序列ISCR3)的丰度特征.结果表明,tet(C)在所有样品中均未检出,其它基因在所有样品中检出.四环素生产废水处理系统中,厌氧污泥中tet(A)、tet(G)、tet(X)的相对丰度(与16S rRNA基因的比值)范围为(1.25±0.16)×10^-4~(4.52±0.002)×10^-2,显著低于好氧污泥[(9.88±0.67)×10^-5~(2.70±0.29)×10^-1],而tet(Q)、tet(W)在厌氧污泥中的相对丰度为(1.66±0.03)×10^-2~(7.48±1.22)×10^-2,比好氧污泥中[(1.94±0.12)×10^-3~(2.85±0.16)×10^-2]高1个数量级;转移因子intI1和ISCR3在厌氧污泥中相对丰度范围为(1.48±0.01)×10^-3~(2.61±0.31)×10^-2,显著低于好氧污泥[(1.18±0.15)×10^-1~(8.99±0.75)×10^-1],表明厌氧处理过程中由这两种转移因子介导的水平转移潜力较小.研究表明,好氧处理促进了tet(A)、tet(G)、tet(X)的传播,但对tet(Q)和tet(W)有控制效果,而厌氧处理过程与之相反.抗药基因的分布与水平转移因子、抗药机制、群落结构有关.     

畜禽养殖废水生物处理与农田利用过程抗生素抗性基因的转归特征研究进展

兽用抗生素的广泛使用造成了畜禽养殖场及其周边环境中抗生素抗性基因丰度的提高,而畜禽养殖废水所携带的抗性基因在生物处理及其农田利用过程中的转归规律尚不明确,存在抗性基因从畜禽养殖场向周边环境的传播风险.本文通过文献调研,综述了畜禽养殖废水中抗性基因的赋存特征、抗性基因在畜禽养殖废水生物处理和农田利用过程中转归的研究进展,并提出了今后的研究方向,以期为揭示畜禽养殖废水在生物处理和农田利用过程中抗性基因的消减规律、降低抗性基因传播风险提供借鉴.     

Comparison of different disinfection processes in the effective removal of antibiotic-resistant bacteria and genes

This study compared three different disinfection processes(chlorination, E-beam, and ozone) and the efficacy of three oxidants(H2O2, S2O-8, and peroxymonosulfate(MPS)) in removing antibiotic resistant bacteria(ARB) and antibiotic resistance genes(ARGs) in a synthetic wastewater. More than30 mg/L of chlorine was needed to remove over 90% of ARB and ARG. For the E-beam method, only1 dose(kGy) was needed to remove ARB and ARG, and ozone could reduce ARB and ARG by more than 90% even at 3 mg/L ozone concentration. In the ozone process, CT values(concentration × time)were compared for ozone alone and combined with different catalysts based on the 2-log removal of ARB and ARG. Ozone treatment yielded a value of 31 and 33(mg·min)/L for ARB and ARGs respectively. On the other hand, ozone with persulfate yielded 15.9 and 18.5(mg·min)/L while ozone with monopersulfate yielded a value of 12 and 14.5(mg·min)/L. This implies that the addition of these catalysts significantly reduces the contact time to achieve a 2-log removal, thus enhancing the process in terms of its kinetics.