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.     

猪场土壤中5种四环素抗性基因的检测和定量（Quantification of Five Tetracycline Resistance Genes in Soil from a Swine Feedlot）

近年来由于四环素在畜禽养殖业中的大量使用,诱导了环境中四环素抗性微生物的产生,然而有关四环素抗性基因在土壤中存在、迁移和扩散的研究目前还很少.论文提取了北京一规模化养猪场周边土壤的微生物DNA,利用普通PCR检测到5种四环素抗性基因(tet(B/P)、tet(M)、tet(O)、tet(T)、tet(W)),这5种基因都属于编码核糖体保护蛋白的一类.进一步建立了定量PCR程序对这5种基因进行了定量.结果显示,除tet(T)和tet(M)含量接近外(p=0.367),其余几种基因含量之间均差异显著(p<0.05),其中tet(W)的含量最高((2.16±0.20)×108copies·g-1(干土)),比含量最低的tet(B/P)((2.89±0.54)×106copies·g-(1干土))高出约两个数量级.抗性基因tet(W)、tet(T)、tet(M)、tet(O)含量均较高,为猪场土壤中优势抗性基因.这些基因曾被报道广泛存在于猪和牛的肠道中,显示抗性基因很可能是通过基因横向转移(HGT)等机制从养殖动物体内传播到周围土壤中土著微生物体内的.论文所建立的实验方法为进一步系统研究抗生素抗性基因在土壤中的环境行为及其生态风险提供了基础.     

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.     

我国养猪业废弃物中四环素类、磺胺类抗生素及相关抗性基因污染研究进展

我国是世界养猪第一大国,生猪饲养量和猪肉产量均位居世界第一。养猪业每年所产生的粪便、废水中含有大量畜用抗生素及其代谢产物,使养猪业废弃物成为环境中重要的抗生素污染源之一,随之产生的抗性基因污染及传播问题也不容忽视。本文结合近年来国内外的研究数据,对我国养猪业废弃物中四环素类、磺胺类抗生素及其相关抗性基因的检测方法、污染状况及影响抗性基因传播的因素进行了分析,并基于控制我国养猪行业抗生素及抗性基因污染的目的,提出了今后的研究重点。     

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。     

粪肥与铜一次性施用对农田土壤抗生素抗性基因的长期影响

人类农业生产活动显著影响农田生态系统中抗生素抗性基因的增殖与扩散,为探究粪肥与铜施加对土壤抗生素抗性基因增殖与传播的长期影响,采用高通量荧光定量聚合酶链式反应分析猪粪和铜停施10年后土壤中抗生素抗性基因多样性和丰度.结果显示:猪粪和铜停施10年后,土壤抗生素抗性基因相对丰度仍分别处于2.16倍和2.01倍于对照组的较高水平,说明猪粪和铜施用可导致土壤抗生素抗性基因的长期存在,其中ycel_mdtH和cphA基因在猪粪和铜施用两种处理中均显著富集. PCA结果显示,猪粪和铜处理土壤中抗生素抗性基因的分布格局无明显差别,铜处理土壤中所检出的抗生素抗性基因数量的90%以上均可在猪粪施用土壤中检出,而铜是唯一在两种处理土壤中检出浓度均显著高于(P 0.001)对照并处于同一浓度水平的元素.本研究表明铜可能是导致土壤中抗生素抗性基因增殖扩散的主要因素之一,施加重金属含量较高的粪肥对农田土壤抗生素抗性基因有着长期影响的风险;结果可为农业中的粪肥施用提供新的风险评价参数.(图4参26)     

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     

环境中磺胺类抗生素的生物降解及其抗性基因污染现状

磺胺类抗生素是人工合成的高效广谱抗菌药,广泛应用于畜牧业、水产养殖业和人类疾病的治疗中.近年来,该物质在环境中被不断检出,并通过饮用水和食物等方式进入食物链,给人类健康带来极大的安全隐患.磺胺类抗生素在各种处理工艺和自然环境中均可发生不同程度的降解,但其长期排放和累积残留将诱导磺胺抗性基因的产生,该抗性基因在不同环境介质中可进行传播、扩散,具有比抗生素更大的危害性.本文在充分阐述磺胺类抗生素在各种环境介质中残留现状的基础上,对其在不同处理工艺和自然环境中的生物降解及其相关抗性基因的污染现状等方面进行了综述,并提出了未来的研究重点和方向.     

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。     

抗生素在地下水系统中的环境行为及生态效应研究进展

抗生素在环境中的残留已引起广泛关注。随着对地下水污染的报道日益增多,抗生素对地下水系统的潜在影响不容忽视。本文系统地阐述了地下水中抗生素的来源、污染水平及迁移转化规律,总结了抗生素对地下水微生物群落的影响以及抗生素诱导产生的抗性基因的潜在污染趋势。因地下水赋存隐蔽,一旦污染难以及时察觉,抗生素进入地下水系统后易长期残留。目前,针对抗生素及抗性基因在地下水系统中的环境行为及生态效应研究还十分有限,本文据此指出了当前形势下开展相关研究的必要性,并对今后的研究方向进行了展望。     

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。     

基于小流域尺度的目标抗生素排放量估算方法——以梅江流域为例

抗生素的大量使用和排放造成的环境污染和生态风险问题日益突出,抗生素排放量的估算是评价流域内抗生素污染程度的重要指标,但目前抗生素排放量估算方法尚不完善。本研究以梅江流域为例,建立了适合小流域尺度的典型抗生素排放量估算方法,计算了四环素类抗生素(TCs)向不同环境相的排放量并分析了其主要来源。结果表明:2016年梅江流域TCs排放量为8 558.1 kg,不同行政区抗生素排放量差异较大,其中梅江镇受人口密度及养殖密度影响,抗生素排放量最大,高达1 224.4 kg;同时流域内不同抗生素的排放量也有所不同,其大小顺序为强力霉素(DXC)土霉素(OTC)四环素(TC)金霉素(CTC);TCs受排放源、排放途径等因素影响,以进入环境水相及土壤相为主,其中进入水相中的抗生素主要来自人类及生猪粪便,进入土壤相中的抗生素主要来自生猪及三黄鸡粪便。梅江小流域抗生素具有潜在的生态风险,应加强抗生素使用管理。该研究为我国小尺度流域目标抗生素排放量的估算提供了十分有效的方法。     

环境中抗生素及其生态毒性效应研究进展

近年来,越来越多的抗生素类药物用于在医疗、畜禽和水产养殖业。由于其机体代谢率低,大部分以原药或代谢物的形式经由尿液和粪便排出体外进入环境中,造成抗生素在水体和土壤等环境介质中的残留。这些残留的抗生素会导致潜在的环境风险,其中最严重的是会诱发和传播各类抗生素抗性基因(antibiotic resistance genes,ARGs),进而对人类健康产生威胁。本文介绍了环境中抗生素的来源,归趋和残留状况,并且对其所引起的生态毒性效应以及ARGs进行总结,最后指出了目前研究中存在的问题,并对未来研究进行了展望。     

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。