水产养殖环境中抗生素抗性基因的研究进展

为摸清我国水产养殖环境抗生素抗性基因（Antibiotic resistance genes,ARGs）污染状况,统计了当前水产养殖环境水、沉积物和养殖对象中七大类抗性基因的赋存状况,进一步分析了影响其赋存的因素,对未来我国水产养殖ARGs污染研究进行了展望.水产养殖环境中ARGs主要以iDNA形式存在;磺胺类和四环素类抗性基因的丰度和检出率较高,被认为是水产养殖环境主要的ARGs,已受到当前研究的广泛关注;而喹诺酮类、氯霉素类、β-内酰胺类、大环内酯类和氨基糖苷类抗性基因报道的丰度和检出率相对较低.养殖过程中,养殖用药、饲料及养殖模式是影响水产养殖环境ARGs赋存的主要因素,但环境理化因子调节养殖环境ARGs的作用也不容忽视.     

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.     

东洞庭湖表层水体中抗生素及抗性基因的赋存特征与源分析

抗生素抗性基因（ARGs）是一类新兴污染物,广泛存在于多种环境介质中.湖泊水环境由于污染物循环速度低而可以长期储存ARGs.因此,ARGs领域的研究人员非常关注湖泊水环境的研究.然而,以往的研究多集中于湖泊内ARGs的污染水平,污染来源仍不确定.东洞庭湖是国家级自然保护区,在保护生态环境和调节长江洪水径流方面发挥着重要作用.为了探究东洞庭湖表层水体中抗生素及ARGs的赋存特征、分析ARGs与环境参数（如抗生素）之间的相关性以及了解陆地污染源对湖内ARGs的贡献,于2019年11月采集东洞庭湖表层水和陆地污染源（水产养殖区和污水处理厂）样品,利用超高效液相色谱串联质谱仪和荧光定量PCR技术分别检测抗生素和ARGs,同时测定水质参数并进行冗余分析.结果表明:①东洞庭湖表层水体中抗生素浓度水平处于ND（未检出）~486.59 ng/L,氧氟沙星浓度最高,且抗生素的浓度水平与周边污染源密切相关.②ARGs检出率均为100%,基因sul2的浓度高于其他基因,平均浓度为1.3×103 copies/mL,ARGs污染水平受到沿湖污染源的影响.③污水处理厂对ARGs具有一定的去除效果,然而,它们不能完全去除ARGs,甚至可能会增加ARGs传播的可能性,且污水处理厂出水ARGs对湖内ARGs的贡献远高于水产养殖区.④ARGs与抗生素的冗余分析结果符合ARGs在其对应抗生素选择性压力下的特征,对ARGs丰度影响最重要的4个水质参数分别为总磷（贡献率为28.9%）、电导率（贡献率为15.4%）、硝酸盐氮（贡献率为13.3%）和温度（贡献率为12.7%）.研究显示,氧氟沙星和罗红霉素是主要抗生素,磺胺类和四环素类抗性基因浓度水平较高,ARGs的丰度不仅与其对应抗生素的选择性压力有关,还与一些环境因素的压力密切相关.      

汾河水体抗生素抗性基因赋存特征

抗生素抗性基因(Antibiotic resistance genes,ARGs)被认为是一种新型污染物,而水环境系统是ARGs释放和传播的重要媒介.为探究汾河水体环境中ARGs的赋存特征及分布特征,选取汾河水体从源头到入黄口的12个位点,对环境因子、ARGs的丰度及多样性,以及二者之间的关系进行研究.结果表明,汾河水...     

废水排放对近海环境中抗生素抗性基因和微生物群落的影响

污水处理厂是水环境中抗生素抗性基因（ARGs）的重要来源.可移动遗传元件（MGEs）和微生物群落是影响ARGs增殖扩散的关键因素.为探究污水处理厂废水排放对近海环境中ARGs和微生物群落的影响,采用高通量荧光定量PCR （HT-qPCR）和高通量16S rRNA扩增子测序技术,对杭州湾上虞（SY）和嘉兴（JX）两个近岸纳污区（ERAs）及远岸湾区表层沉积物中ARGs、MGEs和微生物群落的组成和分布进行调查.结果表明,多重耐药类ARGs是所有样点中丰度最高的ARGs类型.纳污区沉积物中ARGs和MGEs多样性和丰度远远高于远岸湾区沉积物.JX纳污区沉积物中微生物群落丰富度和多样性高于SY纳污区及远岸湾区沉积物.PCoA结果显示,纳污区与远岸湾区沉积物中ARGs、MGEs和微生物群落分布存在显著的差异,说明长期的废水排放对近海环境中ARGs、MGEs和微生物群落影响较大.ARGs、MGEs和细菌属的共现网络显示,嗜冷杆菌属、假单胞菌属、亚硫酸杆菌属、假交替单胞菌属和芽孢杆菌属等12种菌属与ARGs和MGEs存在显著正相关.多重耐药类和β-内酰胺类ARGs的潜在宿主最多.     

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.     

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.     

气候条件变化下环境中抗生素抗性基因研究

抗生素滥用导致抗性基因（ARGs）的丰度不断上升,许多抗生素的治疗效果明显下降,给全球带来了日益严重的医疗危机。同时全球气候变化进程仍在持续,并且势必对ARGs的赋存和传播带来一定影响。然而,现有研究很少系统地总结气候变化对ARGs的影响。该文基于已有研究,着重对季节性、降雨、极端天气等气候因素进行分析,综述了这些因素对ARGs丰度的影响,并对这些影响背后的机理进行了探讨,发现季节主要通过影响处方率和温度来影响ARGs丰度,而降雨则会促进ARGs从空气到土壤和水体的传播,同样地,洪水等极端天气也有利于ARGs的传播,因此得出全球气候变化导致的气温升高、降雨和极端天气增多很可能会提高环境中ARGs的丰度并增加人体与其接触的概率的结论。最后提出了建立系统的ARGs监测网络和ARGs的风险评估机制,并将ARGs进行分类分析,着重关心那些会对人体造成较大影响的ARGs的展望。     

环丙沙星胁迫猪粪生物转化中抗性基因微生物响应分析

抗性基因（Antibiotic Resistance Genes,ARGs）是一种新兴污染物,持续累积会引发环境健康风险,也可通过水平转移诱导耐药细菌产生,从而危害人类健康与国家生物安全.当前关于ARGs的研究多集中于水、土壤、大气等环境介质,固体废弃物领域ARGs研究尚局限于其丰度变化与影响因素方面,对抗生素-ARGs剂量-效应关系、导致ARGs丰度变化的微生物响应机制仍有待深入研究.基于此,开展了不同浓度水平环丙沙星（Ciprofloxacin,CIP）胁迫下猪粪堆肥试验,环丙沙星添加量分别为25 mg/kg（A25）、50 mg/kg（A50）、100 mg/kg（A100）,同时设置空白对照0 mg/kg（CK）.采用分子生物学手段、网络分析、统计学分析等方法,解析了不同浓度环丙沙星胁迫猪粪好氧堆肥过程中喹诺酮类ARGs丰度变化的微生物响应关系,并重点探讨了潜在宿主菌中致病菌的分布及其与ARGs的相关性.结果表明:①经堆肥处理,CK、A25和A100堆体中喹诺酮类ARGs总丰度均受到不同程度削减,A50堆体中ARGs总丰度未被削减（升高2.73倍）.而高温期除CK外,3个处理组中ARGs丰度均显著降低（P < 0.05）,表明堆肥高温期或是削减ARGs的关键阶段.②狭义梭菌属（Clostridium_sensu_stricto_1）、水微菌属（Aquamicrobium）、乳杆菌属（Lactobacillus）及交替赤杆菌属（Altererythrobacter）既是堆肥环境中优势菌属,也是喹诺酮类ARGs潜在宿主微生物,主要分布在厚壁菌门（Firmicutes）和变形菌门（Proteobacteria）.③丰度较高的致病菌Clostridium_sensu_stricto_1和链球菌（Streptococcus）是喹诺酮类ARGs的潜在宿主菌,且至堆肥腐熟期,仍有部分致病菌均未被完全去除,可见猪粪堆肥过程中存在ARGs向致病菌转移的环境健康风险.研究显示,加强高温期干预调控,是有效阻控ARGs环境污染行为的关键节点,研究可为固废资源化过程中ARGs环境健康风险防控提供参考.      

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...     

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.     

环境中抗生素抗性基因丰度与抗生素和重金属含量的相关性分析:基于Web of Science数据库检索

抗生素和重金属是两种重要的环境污染物和耐药性选择压力源,但低含量水平下其对环境微生物种群耐药性水平的影响尚不明确.本文全面检索了截至2020年1月1日发表在Web of Science数据库中同时监测了抗生素抗性基因（ARGs）丰度、抗生素含量或重金属含量的研究文献,提取相关数据,利用统计回归方法调查环境介质中3个参数的相关关系.结果表明,除废水外,地表水、沉积物和土壤等环境介质中,即使在非常低的抗生素含量水平下,抗生素选择压力也会对ARGs丰度的增加产生显著的统计效应（P<0.05）.不同类别抗生素对耐药基因表现出不同程度的选择和富集作用.重金属含量以及抗生素含量和重金属含量的交互作用对ARGs的传播也具有显著影响（P<0.05）.水相和固相环境样本的多变量统计回归模型的最终R²分别为0.482和0.707,比单变量回归的R²更高,能更好地解释ARGs丰度的差异,但环境中还存在其他可能影响ARGs丰度的因素.本文的研究结果可为环境中抗生素耐药性风险评估及传播控制提供支撑.     

环境中抗药细菌及其抗药基因的研究进展

抗生素的大量使用,诱发环境中的细菌和基因产生了抗药性。环境中的抗药细菌及其抗药基因被列为"新型污染物"逐渐引起了人们的关注。为此,文章介绍了环境中抗药细菌及其抗药基因的产生机制,总结了其在环境中的浓度和分布状况,分析了污水处理厂对抗药细菌及其抗药基因的去除特性,并指出在我国开展相关研究的必要性。     

人工湿地去除抗生素抗性基因的研究进展

抗生素抗性基因（ARGs）在环境中的污染现状和危害逐渐受到重视.常规的水处理工艺在减少抗生素耐药菌（ARB）方面表现出非常好的效果.然而,即使在消毒过程中ARB完全失活,产生游离的ARGs也可能通过转化或转导等手段整合到其他微生物体内,使ARGs在环境中传播和扩散.因此,需要有特定的工艺处理废水中的ARGs.人工湿地是目前有效且经济环保的废水处理工艺,并且已有大量研究表明在去除抗生素和ARGs方面有显著效果.通过综述目前国内外人工湿地水处理系统对ARGs的去除效率的研究进展,结果表明,潜流人工湿地相较于表面流人工湿地对ARGs的去除效率更高.人工湿地对ARGs的去除效率因人工湿地强化类型、植物、温度和pH等因素而异,在去除环境中ARGs的应用有广阔的前景,同时也面临挑战.     

珠江口典型水产养殖区抗生素抗性基因污染的初步研究

使用普通PCR和荧光定量PCR方法对珠江口典型水产养殖区水和沉积物中3种磺胺类、7种四环素类、1种喹诺酮类抗生素抗性基因(antibiotic resistance genes,ARGs)和1种整合子基因进行了定性和定量研究.结果表明,除tetW外,所有其他ARGs在珠江口养殖区中均被检出,其中sul1、sul2和int1的检出率为100%.相同养殖模式下,养殖时间越长ARGs的相对含量越高,表明ARGs具有累积效应;不同养殖模式池塘中ARGs的含量存在差异,表明养殖模式可能影响ARGs的含量与分布.int1相对含量与sul1和ARGs总量之间均存在显著相关性(P<0.05),表明int1在ARGs的水平传播中起着非常重要的作用.此外,珠江口水产养殖区沉积物中抗生素浓度与ARGs总量存在显著相关性(P<0.05),说明水产养殖区中抗生素残留是诱导养殖区ARGs的主要因素.     

Effective removal of antibiotic resistance genes and potential links with archaeal communities during vacuum-type composting and positive-pressure composting

As a major reservoir of antibiotics, animal manure contributes a lot to the augmented environmental pressure of antibiotic resistance genes (ARGs). This might be the first study to explore the effects of different ventilation types on the control of ARGs and to identify the relationships between archaeal communities and ARGs during the composting of dairy manure. Several ARGs were quantified via Real-time qPCR and microbial communities including bacteria and archaea were analyzed by High-throughput sequencing during vacuum-type composting (VTC) and positive-pressure composting (PPC). The total detected ARGs and class I integrase gene (intI1) under VTC were significantly lower than that under PPC during each stage of the composting (p < 0.001). The relative abundance of potential human pathogenic bacteria (HPB) which were identified based on sequencing information and correlation analysis decreased by 74.6% and 91.4% at the end of PPC and VTC, respectively. The composition of archaeal communities indicated that methane-producing archaea including Methanobrevibacter, Methanocorpusculum and Methanosphaera were dominant throughout the composting. Redundancy analysis suggested that Methanobrevibacter and Methanocorpusculum were positively correlated with all of the detected ARGs. Network analysis determined that the possible hosts of ARGs were different under VTC and PPC, and provided new sights about potential links between archaea and ARGs. Our results showed better performance of VTC in reducing ARGs and potential HPB and demonstrated that some archaea could also be influential hosts of ARGs, and caution the risks of archaea carrying ARGs.     

Combined pollution of arsenic and Polymyxin B enhanced arsenic toxicity and enriched ARG abundance in soil and earthworm gut microbiotas

Polymyxin B (PMB) is considered as the last line of antibiotic defense available to humans. The environmental effects of the combined pollution with PMB and heavy metals and their interaction mechanisms are unclear. We explored the effects of the combined pollution with PMB and arsenic (As) on the microbial composition of the soil and in the earthworm gut, as well as the spread and transmission of antibiotic resistance genes (ARGs). The results showed that, compared with As alone, the combined addition of PMB and As could significantly increase the bioaccumulation factor and toxicity of As in earthworm tissues by 12.1% and 16.0%, respectively. PMB treatment could significantly increase the abundance of Actinobacteria in the earthworm gut (from 35.6% to 45.2%), and As stress could significantly increase the abundance of Proteobacteria (from 19.8% to 56.9%). PMB and As stress both could significantly increase the abundance of ARGs and mobile genetic elements (MGEs), which were positively correlated, indicating that ARGs might be horizontally transferred. The inactivation of antibiotics was the main resistance mechanism that microbes use to resist PMB and As stress. Network analysis showed that PMB and As might have antagonistic effects through competition with multi-drug resistant ARGs. The combined pollution by PMB and As significantly promoted the relative abundance of microbes carrying multi-drug resistant ARGs and MGEs, thereby increasing the risk of transmission of ARGs. This research advances the understanding of the interaction mechanism between antibiotics and heavy metals and provides new theoretical guidance for the environmental risk assessment and combined pollution management.     

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.     

阿奇霉素和铜对活性污泥古菌群落和ARGs的胁迫影响及后效应

抗生素和重金属复合污染已成为环境领域的研究热点,而关于复合污染对活性污泥系统的生态效应研究聚焦于细菌群落,忽略了仍然发挥重要作用的古菌群落.通过选择阿奇霉素(azithromycin,AZM)和金属铜(Cu)为研究对象,ρ(铜)维持在环境浓度水平(1 mg·L-1),探究低温下不同ρ(AZM)(0.05～40 mg·L-1)对古菌群落、抗生素抗性基因(antibiotic resistance genes,ARGs)及其交互作用的短期影响及其后效应.结果表明,随着AZM浓度增加,古菌多样性上升,丰富度下降,且在后效应期间有一定恢复;基于微生物全尺度分类发现不同浓度的AZM导致了微生物群落结构的改变,古菌群落结构分为3个组别,而后效应影响不明显;复合污染对丰富类群种群结构的影响大于稀有类群,其中条件稀有菌属(conditionally rare taxa,CRT)与整个古菌群落结构的变化一致;不同类型微生物中均存在抗性与恢复特性不同的特定菌属,对AZM和铜复合污染的响应不同,且丰富类群对复合污染的抗性明显高于稀有类群,其中甲烷鬃菌属(Methanosaeta)、甲烷杆菌属(Methanaohacterium)和甲烷八叠球菌属(Methanosarcina)是优势的抗性菌属;通过预测分析共得到29种ARGs,且复合污染会引起ARGs的增殖,尤其是高浓度下,但是其对各ARGs亚型的影响存在差异;在胁迫效应和后效应的交互网络中,微生物间、ARGs间及两者之间多为共现模式,其中,条件丰富菌属(conditionally abundant taxa,CAT)是微生物交互网络中的关键菌属;而稀有菌属(rare taxa,RT)在胁迫效应中处于重要生态位;ARGs间的共现与互斥模式均存在;多种古菌属与ARGs呈现正相关,是其潜在古菌宿主,且甲烷短芽孢杆菌(Methanobrevibacter)和甲烷叶菌属(Methanaolobius)可能携带多种ARGs.综上,本研究可为污水处理系统抗生素与重金属复合污染的风险评价及ARGs的削减提供新的思路与理论依据.