【純水設(shè)備www.weyiwe.cn】抗生素及其殘留會引發(fā)抗生素抗性基因污染?？股乜剐曰虮灰暈橐环N新型的環(huán)境污染物，在環(huán)境科研領(lǐng)域受到廣泛關(guān)注，其分布情況和傳播機制成為現(xiàn)今研究的焦點。通過總結(jié)水環(huán)境中抗生素抗性細(xì)菌和抗性基因的分布以及消毒工藝對抗生素抗性基因的去除效果，認(rèn)為氯消毒相對其他消毒方法在去除抗生素抗性基因中更經(jīng)濟可行，且消毒處理可以影響抗性基因的接合轉(zhuǎn)移率，從而對抗性基因的水平轉(zhuǎn)移起到抑制作用，并可能進一步影響到抗生素抗性基因的傳播和擴散。
抗生素抗性基因(antibioticresistancegenes,ARGs)是能對抗生素產(chǎn)生抗性的基因，是微生物，包括病原微生物，耐藥性形成和擴散的物質(zhì)基礎(chǔ)，是一類新型環(huán)境污染物。它能在微生物包括病原微生物間傳播，還可從細(xì)菌、人類散播源和動物源等傳播擴散到自然環(huán)境和飲用水系統(tǒng)中。甚至ARGs能通過攜帶抗性基因的質(zhì)粒等可移動遺傳元件進入人體，致使抗生素療效下降，細(xì)菌感染的治療更加棘手。有報道世界上每年因抗結(jié)核桿菌受影響人數(shù)達(dá)50萬，歐盟每年約2.5萬人死于感染多重抗性細(xì)菌，美國每年約6.3萬人死于醫(yī)院獲得性細(xì)菌感染。目前臨床上使用的所有抗生素幾乎都存在其抗性細(xì)菌(antibioticresistancebacteria,ARB)，甚至出現(xiàn)“超級細(xì)菌”，如“新德里.梅塔洛一號”(NewDelhi-Metallo-1,NDM-1)。因此，ARGs極可能引發(fā)公共健康危機。實驗室純水設(shè)備
環(huán)境中ARGs主要產(chǎn)生于醫(yī)療和畜牧業(yè)長期濫用或誤用抗生素，從而使水體、土壤、活性污泥等環(huán)境介質(zhì)成為ARB或ARGs的源和匯。目前，已有大量報道在水環(huán)境、土壤、沉積物中檢測到ARGs，甚至空氣中也檢測到ARGs。這些ARGs可持久存在于環(huán)境中，并且在攜帶ARGs的微生物死亡后，釋放到環(huán)境中的裸露的DNA分子最終又可通過基因重組轉(zhuǎn)入其它微生物而使其具有抗性，給人類和動物安全帶來潛在威脅。特別是水環(huán)境已成為ARGs散播的重要介質(zhì)，也是ARGs的重要貯存庫之一。本文闡述了ARGs在水環(huán)境中的分布，總結(jié)了目前水處理工藝中消毒對ARGs的去除效果，并探討了消毒處理對其傳播擴散的影響機制。
ARGs和ARB已被證明在地表水、市政污水、污水處理廠出水以及飲用水中普遍存在，且種類繁多，迄今已在各種水體中檢測出上百種ARGs。例如在北美、歐洲、東亞和東南亞等地區(qū)的9個國家的飲用水、海水、地表水、醫(yī)療廢水、化糞池及污水處理廠檢測出大環(huán)內(nèi)酯類(如aphA1、aphA2、aadA1)、磺胺類(如dfrA12、dfrA17、sulI)、βu內(nèi)酰胺類(如blaTEM-1、blaOXA-1、blaPSE-1)、四環(huán)素類(如tetA、tetH、tetJ、tetY、tetZ)、青霉素類(如mecA、penA)和大環(huán)內(nèi)酯類(如ermA、mphA)等多達(dá)50種ARGs(表1)。一般認(rèn)為水環(huán)境中的這些ARGs主要通過醫(yī)療和水產(chǎn)養(yǎng)殖廢水直接進入地表水體，也可由糞便施肥使其先進入到土壤環(huán)境，再隨雨水等地表徑流滲透到地下水中。因此，ARGs在水環(huán)境中廣泛分布，特別是污水處理廠，由于含抗生素和ARB的廢水直接排入其中而富集大量ARGs，成為ARGs集聚和傳播的一個重要媒介。如Su等從污水廠分離到的98.4%的菌株對檢測的抗生素具有抗性，90.6%的菌株至少對3種抗生素表現(xiàn)出抗性。水體環(huán)境中這些ARB和ARGs的存在不僅會威脅到飲用水安全，也可能影響到水資源的循環(huán)利用。研究發(fā)現(xiàn)，用淡水和處理后廢水灌溉過的土壤均檢測出高水平的抗生素抗性?？梢?，水環(huán)境中ARGs普遍存在且可能對人類健康和環(huán)境生態(tài)帶來影響。 實驗室純水設(shè)備
ARGs主要通過垂直基因轉(zhuǎn)移(verticalgenetransfer,VGT)和水平基因轉(zhuǎn)移(horizontalgenetransfer,HGT)兩種方式進行傳播擴散。垂直基因轉(zhuǎn)移是依靠微生物親代之間的分裂生殖進行;水平基因轉(zhuǎn)移則是ARGs通過接合(conjugation)、轉(zhuǎn)化(transformation)、轉(zhuǎn)導(dǎo)(transduction)、轉(zhuǎn)座以及細(xì)菌溶源性基因轉(zhuǎn)移等過程發(fā)生轉(zhuǎn)移，從而使另一菌株獲得抗性的過程，它是水體環(huán)境中ARGs轉(zhuǎn)移擴散的重要方式。早在20世紀(jì)40年代就有微生物水平基因轉(zhuǎn)移的描述，并提出HGT的發(fā)生是由選擇性壓力和生物進化產(chǎn)生的一種普遍現(xiàn)象。如有研究發(fā)現(xiàn)攜帶四環(huán)素類抗性基因的質(zhì)粒在大腸埃希氏菌(Escherichiacoli)和氣單胞菌(Aeromonasspp.)之間進行轉(zhuǎn)移，另外，還觀察到耐萬古霉素腸球菌(vancomycin-resistantEnterococcus,VRE)與耐甲氧西林金黃色葡萄球菌(methicillin-resistantStaphylococcusaureus,MRSA)間抗性基因轉(zhuǎn)移現(xiàn)象。其中，HGT對ARGs通過水傳微生物進行傳播擴散起到重要作用。正是由于水平基因轉(zhuǎn)移的存在致使ARGs不僅可以在水體環(huán)境中從親代傳遞給子代，還可以在同種屬或不同種屬微生物間進行基因傳遞。甚至在細(xì)菌、真菌、病毒和真核生物基因組均觀察到基因的水平轉(zhuǎn)移。因此，水體環(huán)境中ARGs的存在及其通過水傳微生物的轉(zhuǎn)移擴散給人體健康和水的生物安全性帶來隱患。
ARGs作為新型的環(huán)境污染物在水環(huán)境中可通過水傳微生物進行散播。研究發(fā)現(xiàn)，在水處理過程中水傳微生物攜帶ARGs不僅會使水體中ARGs的濃度增加,還可能進入到水源水和給水系統(tǒng)。Zhang等已在飲用水系統(tǒng)中廣泛檢測到ARB和ARGs，也有報道在大型給水廠中檢測到9個種或?qū)俚?/span>ARGs且出現(xiàn)較高豐度。而參與城市水循環(huán)的地表水更是擴散致病微生物和ARGs的重要載體之一。因此，如何有效去除和控制水環(huán)境中的ARGs需要重點關(guān)注。而消毒是殺滅水中對人體健康有害的致病微生物的重要方式，可防止通過飲用水傳播疾病。也是生活飲用水安全、衛(wèi)生的最后保障。特別是氯消毒因其具有經(jīng)濟和高效的特性，因而被廣泛應(yīng)用于廢水和飲用水消毒。
2消毒對ARGs和(或)ARB豐度的影響
消毒通?？梢越档统鏊械募?xì)菌總量，從而對ARGs的削減起到一定作用。但對ARGs的去除效果還會受消毒方式等影響。目前，國內(nèi)外使用的消毒方法包括化學(xué)消毒法(如鹵素消毒劑、臭氧和過氧乙酸等)、物理消毒法(如膜過濾截留微生物)和光化學(xué)消毒法(如紫外線)以及電化學(xué)消毒法。廣泛應(yīng)用的主要有氯消毒、二氧化氯消毒、臭氧殺菌和紫外線照射及氧化消毒等，盡管這些消毒方法一般都能在水處理過程中去除部分ARB或ARGs，但在污水處理廠的出水中它們的檢出率仍然較高，且相對總量和種類在出水中變化不大(表2)，甚至出現(xiàn)ARGs相對豐度升高現(xiàn)象。例如氧化和UV消毒對ARGs的去除幾乎沒有效果，對少數(shù)ARGs去除率能達(dá)到1~2個數(shù)量級，但氯消毒對ARGs的去除可以達(dá)到2~3個數(shù)量級，而消化處理、人工濕地及其它非消毒處理對ARGs的去除最多達(dá)到1個數(shù)量級。
由于ARGs的去除率不僅受消毒方法的影響，還會受到細(xì)菌攜帶抗性類型、消毒劑量和多種消毒方法結(jié)合使用等多種因素影響，因此很難明顯降低或徹底清除ARGs污染。如Xu等用高通量定量PCR檢測不同水處理工藝的給水廠出水時發(fā)現(xiàn)兩給水處理廠經(jīng)消毒處理的出水中ARGs的相對豐度都提高了。因為一般的給水廠或污水廠處理過程基本沒有專門針對去除ARGs而設(shè)計的工藝，且水體中ARGs的含量還可能受補給、水量、季節(jié)變化、用途及流經(jīng)地區(qū)等因素影響，因此物理法、化學(xué)法和生物法對ARGs的去除效果并不明顯。由于目前消毒工藝對ARB和ARGs的控制效應(yīng)數(shù)據(jù)也還較少，所以難以提出較有效的方法和途徑來遏制ARGs的散播。實驗室純水設(shè)備
表2不同處理方法對ARB、ARGs的去除效果
3消毒對ARGs水平轉(zhuǎn)移的影響機制
消毒可對細(xì)菌的接合效率產(chǎn)生作用而影響到ARGs水平轉(zhuǎn)移。如Guo等發(fā)現(xiàn)低UV劑量(達(dá)到8mJ/cm2)對接合轉(zhuǎn)移頻率能產(chǎn)生影響，但影響很小，而低氯消毒劑量(達(dá)到40mgClmin/L)能明顯提高接合轉(zhuǎn)移的頻率2到5倍，同時發(fā)現(xiàn)高劑量的UV(>10mJ/cm2)或氯消毒(>80mgClmin/L)下ARGs轉(zhuǎn)移的頻率均相對降低。Lin等也對UV和氯處理對ARGs的轉(zhuǎn)移率進行了研究，發(fā)現(xiàn)UV和低水平氯消毒處理都能降低接合效率。表現(xiàn)為當(dāng)UV劑量(5~20mJ/cm2)逐漸增加時，轉(zhuǎn)移率逐漸降低，而氯消毒處理時，轉(zhuǎn)移率沒有變化(氯劑量為0.05~0.2mg/L)或轉(zhuǎn)移率較低甚至低于檢出限(氯劑量為0.3~0.5mg/L)?？梢姡?/span>UV和氯劑量較低對ARGs的水平轉(zhuǎn)移幾乎沒有影響，當(dāng)UV劑量在10~20mJ/cm2隨著劑量的增加能使ARGs的轉(zhuǎn)移率逐漸降低。
消毒對ARGs水平轉(zhuǎn)移影響的具體機制有：一是通過降低供體細(xì)菌的存活率，從而降低接合轉(zhuǎn)移率;二是使細(xì)胞滲透性發(fā)生變化。研究發(fā)現(xiàn)氯消毒產(chǎn)生的氯胺能刺激細(xì)菌改變細(xì)胞滲透性，使接合細(xì)胞的表面會出現(xiàn)更多的菌毛，提高ARGs的接合轉(zhuǎn)移率，從而促進ARGs的水平基因轉(zhuǎn)移;三是抑制相關(guān)轉(zhuǎn)移基因的表達(dá)。如在較低余氯(0.05~0.2mg/L)可能對鞭毛基因(flagellargene，flgC)、膜外蛋白基因(anoutermembraneporingene,ompF)和DNA轉(zhuǎn)移相關(guān)的基因(aDNAtransport-relatedgene,traG)的表達(dá)產(chǎn)生抑制，從而降低水平基因轉(zhuǎn)移率;四是通過集聚不同質(zhì)粒、插入序列和整合子，從而提高ARGs水平基因轉(zhuǎn)移的發(fā)生。如Shi等在給水廠發(fā)現(xiàn)ampC、aphA2、blaTEM-1、tetA、tetG、ermA和ermB基因氯消毒后發(fā)生了富集，并通過宏基因組分析認(rèn)為飲用水氯化處理確實能富集多種ARGs，同時質(zhì)粒、插入序列和整合子等與ARGs的水平轉(zhuǎn)移相關(guān)的可移動遺傳元件也會發(fā)生集聚?？梢?，消毒處理時消毒劑的類型及劑量對ARGs的水平轉(zhuǎn)移能起到促進作用也可能產(chǎn)生抑制，同時，消毒時間也會對其產(chǎn)生影響。并且，消毒處理對ARGs和可移動遺傳元件的富集作用也能進一步促進ARGs的水平基因轉(zhuǎn)移。
4總結(jié)與展望
研究發(fā)現(xiàn)，ARGs污染通過HGT進行傳播擴散對我們?nèi)祟惡蛣游锏挠绊懮踔吝h(yuǎn)遠(yuǎn)超過抗生素殘留本身產(chǎn)生的影響。因為基因污染不同于一般環(huán)境污染物，其具有遺傳性且一旦散播到環(huán)境中難以控制和消除，對人類和生態(tài)環(huán)境的影響將是長期的和不可逆的。因此，如何有效預(yù)防和降低其轉(zhuǎn)移擴散帶來的環(huán)境影響是一項重要課題。本文分析了水環(huán)境中ARGs的廣泛分布，指出水體已成為ARGs匯聚和擴散的重要介質(zhì)，發(fā)現(xiàn)消毒在水處理中對ARGs的去除能起到一定作用，但效果不明顯，甚至?xí)霈F(xiàn)消毒處理后ARGs相對豐度升高現(xiàn)象，即消毒能降低ARGs的絕對量，但相對豐度會增加。并認(rèn)為消毒能通過影響細(xì)菌的接合效率、使細(xì)胞滲透性發(fā)生變化和抑制相關(guān)轉(zhuǎn)移基因的表達(dá)以及對ARGs和可移動遺傳元件富集而對ARGs的水平轉(zhuǎn)移產(chǎn)生作用。表現(xiàn)為UV劑量低于20mJ/cm2時，對ARGs的水平轉(zhuǎn)移影響較小，甚至出現(xiàn)降低水平基因轉(zhuǎn)移率;而氯消毒劑量達(dá)到40~80mgClmin/L時，能對ARGs的水平轉(zhuǎn)移起到促進作用。
目前，針對水環(huán)境中ARGs的去除，較多已有的研究只是檢測水環(huán)境中消毒后ARB或ARGs的豐度變化，很少報道消毒對水環(huán)境中ARGs去除影響的具體機制。雖然也有關(guān)于多種消毒方法對ARGs去除的對比及機制探討，但還是難以很好揭示水中較高的ARB或ARGs比例，特別是在實際消毒過程中消毒及其副產(chǎn)物對ARGs的作用規(guī)律仍需進一步探究。另外，對于不同環(huán)境介質(zhì)中ARB、ARGs及可移動遺傳元件的檢測與表征大體包括傳統(tǒng)微生物培養(yǎng)法和分子生物學(xué)方法，但相關(guān)采樣、數(shù)據(jù)分析和結(jié)果表達(dá)等需要進一步建立和完善，使其更加標(biāo)準(zhǔn)化和系統(tǒng)化，也方便在不同方法和實驗室條件下對所得研究結(jié)果進行比較。本文由佳潔水處理設(shè)備網(wǎng)提供任何人和單位不得轉(zhuǎn)載盜用。
純水設(shè)備