环境中抗生素与抗性基因组的研究

正抗生素的发明与使用是人类医学史上具有里程碑意义的成就。但是,随着抗生素的大量生产、使用、甚至滥用,抗生素和抗性基因(耐药性)污染已经成为一个全球性的环境健康问题。抗生素耐药性是指微生物可以耐受抗生素对其的抑制和致死作用进而存活和繁殖。抗生素和耐药性的污染是一个问题的两个方面,即抗生素的残留会诱导选择抗性细菌,促进抗性基因的横向转移,导致微生物耐药性的扩散,而携带抗性基因的微生物扩散到新的环境会进一步繁殖,并有可能通过基因横     

畜禽养殖废水中抗生素和抗性基因的去除技术进展

近年来抗生素在养殖业中大量使用，致使畜禽养殖废水成为抗生素及其抗性基因的重要储库，成为环境中抗生素及其抗性基因的重要来源之一.在分析养殖废水中抗生素及其抗性基因含量的基础上，介绍可同时去除畜禽养殖废水中抗生素及其抗性基因的处理技术.在分析各处理方法的优缺点的基础上，提出一种可行的畜禽养殖废水抗生素及其抗性基因处理技术.     

贡嘎山不同海拔土壤中抗生素抗性基因的多样性特征

抗生素抗性基因作为一种新型环境污染物,对生态环境安全和人类健康有严重的威胁。目前对抗生素抗性基因的研究大多是对城市土壤、污泥、农田土壤等受人为干扰较多的环境开展。然而,人为干扰少的土壤中抗性基因的背景值研究仍较为缺乏。针对贡嘎山不同海拔高度的土壤,采用高通量实时荧光定量PCR的方法,研究了其抗生素抗性基因和可移动遗传元件的多样性及丰度特征,并探究其与环境因子的相关性。结果发现:(1)贡嘎山海拔在2 948～3 651 m的7个土壤样品,共检测到132种不同的抗性基因和10种可移动遗传元件。每个样品中的抗性基因种数为46～89个,并随着海拔的升高呈增加趋势。抗性基因的相对拷贝数为0.019～0.043 copies/cell,且不随海拔高度呈规律性变化。7个土壤中检测到int I-1(clinic)和tnp A-02等可移动遗传元件,表明抗性基因的水平转移可能为这些土壤中抗性基因迁移的途径之一。(2) 7种土壤的抗性基因种类组成差异有统计学意义(P0.05),冗余分析表明NO_3~--N、NH_4~+-N、含水量、海拔和有机质等土壤理化性质的差异可能导致了不同土壤中抗性基因多样性的差异(解释率97.1%)。综上,受人为干扰较少的高原土壤中存在着多样性丰富的抗性基因,该研究为抗生素抗性基因的污染研究提供了基础参考数据。     

新疆玛纳斯河流域抗生素抗性基因的污染分析

抗生素抗性基因(ARGs)是一类新型的环境污染物,可通过基因水平转移在不同的环境介质中传播扩散。本文考察分析了新疆玛纳斯河流域中抗生素抗性基因及耐药菌的污染分布。沿玛纳斯河流域采集了8个表层水样,对四环素类,磺胺类以及大环内脂类三类抗生素耐药菌和七种抗生素抗性基因的含量与分布进行了分析,结果表明:采集的水样对三类抗生素均有耐药性,磺胺类耐药菌的耐药率为85%,其对数值比其他两类高出1.6左右;PCR反应检测ARGs存在情况,除erm A基因外,其它6种ARGs均被检出;荧光定量PCR技术测定ARGs的含量,磺胺类抗性基因(sul1,sul2)的相对丰度较高,均值为3.66×10-3(sul1/16s r RNA)和1.72×10-3(sul2/16s r RNA);水样中各抗性基因的相对表达量sul1sul2erm Btet Wtet Mtet O。上述结果表明,玛纳斯河流域已经受到了ARGs和耐药菌的污染。本研究可以为监测新疆地区水环境中的ARGs提供科学的研究方法,并为流域水污染控制的管理和决策提供科学依据。     

水环境中抗生素和抗性基因污染特征及控制措施

 抗生素作为一类抗菌类药物被广泛用于医疗、农业和畜牧业等领域，因其使用量大并能诱导产生耐药菌株，对人类健康和生态环境造成巨大威胁。在梳理近年来地表水环境中抗生素相关研究的基础上，阐述了水环境中抗生素和抗性基因的污染来源和污染特征，分析了环境浓度水平下抗生素污染对人群和生态环境的影响，讨论了水环境中抗生素污染的控制措施及目前研究的主要问题，并对今后的研究进行了展望。     

接合转座子Tn916的水平基因转移

水平基因转移（HGT）极大地提高了细菌物种对环境的适应性,促进了细菌的进化.原核生物通过水平基因转移获得的基因片段为基因岛（GEIs）.接合转座子（CTns）则是一种常见的可移动基因岛,通过接合进行水平基因转移,并主要传播抗生素抗性.该文介绍与讨论了一种发现较早,且被广泛研究的接合转座子Tn916的重组、接合转移和调控模块,阐述了这类接合转座子的一般结构、转移机制和影响.     

饮水系统中抗生素抗性基因赋存特征及健康风险评估

近几年抗生素抗性基因（ARGs）作为一种新型污染物在世界各地的水体、土壤中被频繁检出,其在环境中大量扩散和增殖十分容易导致微生物获得抗生素抗性,对人体健康产生潜在威胁。结合国内外文献报道数据,介绍了ARGs在城市饮水系统中污染现状,描述了其赋存特征,发现在国内外城市饮水系统中ARGs的数量不容小觑,数量最高可达1.38×10⁵ copies·ml^-1。其次对城市饮水系统中常用工艺对ARGs的赋存与传播影响因素进行了总结,发现城市常用水处理工艺对ARGs的灭杀效果差,甚至对其富集和繁殖往往起着促进作用;在不同的环境影响因素中,微生物群落结构是影响ARGs的主要驱动力,其次是重金属。最后提出ARGs对人体可能造成的健康威胁以及现有健康风险评估方法的局限性,并对未来ARGs的研究进行了展望。     

罗义，在环境战线上阻击“超级细菌”

 抗生素在近代的滥用所导致的微生物耐药性和"超级细菌",让医生们正陷入病原体越来越多、治疗药物却越来越少的窘境。近年来,微生物耐药已经成了世界公共卫生领域的重大问题之一,各国政府也不断在医疗体系中加强相关监管力度。然而,许多人不知道的是：人类使用抗生素的70年以来,环境背景中的抗性基因的含量也已经呈现出不断增长趋势。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。     

四环素类和磺胺类双重抗生素抗性菌的特性

为了研究抗生素抗性菌、抗性基因的扩散和污染可能产生对环境和人类健康的威胁,分8 次采集城市污水处理厂（sewage treatment plants,STPs）水样,应用肉汤微量稀释法和聚合酶链式反应(Polymerase chain reaction, PCR)方法,分离、鉴定对四环素、磺胺甲恶唑敏感菌株,分析其抗生素抗性,检测抗性基因．结果：本研究中,从某污水处理厂出水中分离22株四环素类抗性菌、26株磺胺类抗性菌,检测其对常用抗生素耐受性及抗生素浓度、抗性基因(antibiotic resistance genes,ARGs)含量。四环素类和磺胺类双重抗性菌在5.04×102～2.51×103 CFU·mL-1（colony-forming unit,CFU）范围内,抗性菌对9 种抗生素具有抗性,最高耐受力为512mg·mL-1,其中,对氯霉素耐受能力最强,对青霉素、氨苄青霉素、头孢氨苄、环丙沙星、庆大霉素、阿奇霉素耐受力次之,对利福平耐受力最弱;检测到双重抗性基因,其中tet W和sul1的含量较高. 结果表明：城市污水处理厂的四环素类和磺胺类抗生素含量较高,存在双重抗性菌、抗性基因。     

我国不同环境介质中的抗生素污染特征研究进展

抗生素在人类医疗和畜禽水产养殖中发挥了重要作用,但由于其大量使用带来的环境残留和生态风险也引起了广泛关注。笔者分析总结了近10年我国地表水、土壤和动植物体内等环境介质中的抗生素污染特征发现:① 地表水和沉积物中不同程度地检出了磺胺类(SAs)、喹诺酮类(QNs)、大环内酯类(MLs)和四环素类(TCs)抗生素,其中海河、辽河和珠江的抗生素污染较为严重;② 耕地土壤也受到不同程度的抗生素污染,主要污染因子为QNs和TCs,北方和珠江三角洲区域的耕地土壤中抗生素污染较为严重;③ 鱼类和蔬菜植物中也检出了抗生素残留,主要的污染物为QNs。笔者认为,在今后的研究中,应进一步加强对水体沉积物、畜禽粪便、土壤和蔬菜中抗生素的污染特征的监控,特别是要深入研究抗生素在水-沉积物体系、畜禽粪便-土壤体系、土壤-植物体系中的迁移转化,以期准确了解抗生素的环境行为,为其生态风险评估提供依据。     

长期施用粪肥的土壤中抗生素耐药基因的消减规律

为研究长期施用粪肥土壤中抗生素耐药基因的消减规律,分别采集长期施用与未施用粪肥农田中的土壤,进行土壤培养对照实验,探究土壤含水率及生物质炭的添加对土壤中可移动元件及耐药基因在310 d内的丰度变化的影响. 结果表明,长期施用粪肥提高了耐药基因与可移动元件在土壤中的污染水平. 长期施用粪肥土壤在实验室培养条件下,耐药基因与可移动元件呈现指数消减的趋势. 添加生物质炭的土壤中耐药基因和可移动元件消减较慢,含水率较高的土壤中耐药基因和可移动元件消减较快. 可移动元件相对丰度可一定程度上反映土壤培养过程中耐药基因的消减. 实验结果揭示了受污染农田土壤中耐药基因的动态变化规律,可为土壤耐药基因污染风险评估提供基础数据,为我国抗生素耐药性防控提供科学参考.     

南水北调中线工程水源区抗生素抗性基因多样性研究

为了研究丹江口水库和汉江抗生素抗性基因(Antibiotic Resistance Genes, ARGs)的污染现状与分布规律, 采用高通量测序的方法, 于2014年春季和秋季分别对丹江口水库及汉江沿程的ARGs多样性进行检测。分别在春秋两季样本中检测出21和19类ARGs, 其中9类ARGs是水体ARGs的主要组成部分。杆菌肽类ARGs是水体中最主要的ARGs, 而β-内酰胺类ARGs在春季丹江口水库陶岔采样点中占比最高。秋季水体各采样点的ARGs组成结构差异比春季小, 通过NMDS和ANOSIM分析发现ARGs的组成存在显著的季节差异, 甲氧苄氨嘧啶类、多粘菌素类和多重耐药类ARGs是具有显著季节差异的ARGs种类。由相关性分析发现13类具有互相显著强相关关系的ARGs, 其中相关性最强的ARGs很可能共存于一种微生物中。此外, 四环素类和氨基糖苷类ARGs可能作为预测水源区中与其共存ARGs相对丰度的指示种类。研究结果可为饮用水源区的水质保护和ARGs 污染防治与管理提供科学依据。     

城镇污水处理系统中4种抗生素抗性基因的沿程变化

为探究抗生素抗性基因(ARGs)在城镇污水处理系统中的沿程变化, 针对4种关注度较高的ARGs (sulII, ermB, tetC 和 blaPSE-1)和I型整合子的整合酶基因(intI1), 选取京津冀地区一座中小城镇的污水处理厂, 使用普通PCR和实时荧光定量PCR技术, 对各工艺单元的水样进行细胞内ARGs和 intI1的定性及定量检测分析。结果表明, 4种ARGs和intI1普遍存在于城镇污水处理系统中, 出水中ARGs和intI1的绝对丰度降低, 去除量在 1.26~2.30 logs之间。相关性分析表明, intI1和水质因子(pH, COD和NH₃-N)可能与4种ARGs的传播扩散有关。     

环丙沙星和铜复合污染下河流底质微生物群落与抗生素抗性基因的交互关系

选择环丙沙星(CFC)和铜(Cu)作为目标污染物,设计室内驯化试验,通过16S rRNA高通量测序、定量PCR等技术探究CFC和Cu复合污染下河流底质微生物群落与抗生素抗性基因(ARGs)间的交互关系。结果表明,CFC单一污染、Cu单一污染和复合污染试验组中ARGs丰度、微生物群落组成及功能存在显著差异;所有试验组的总ARGs相对丰度呈现随时间先增后减的变化趋势。共现网络分析表明, intI 1与3类ARGs和8个菌群相关,是ARGs和微生物群落之间的桥梁;所属变形菌门、酸杆菌门、厚壁菌门、拟杆菌门和绿弯菌门的细菌最有可能成为水环境中ARGs的潜在宿主。基于偏冗余分析发现,在MGEs、微生物群落和污染物等因素中微生物群落对ARGs丰度变化总解释率最高(49.77%);路径分析表明,CFC和Cu主要通过微生物群落间接地影响ARGs的传播和扩散。     

热碱解-好氧消化联合工艺处理剩余污泥的效能及抗性基因变化研究

通过检测热碱解前后污泥理化指标变化,以及不同曝气量（Qb=0.5 、2 L/min）和不同固体停留时间（solids retention time,SRT）（10、20 d）条件下好氧消化（conventional aerobic digestion,CAD）和热碱解-好氧消化（Thermal-Alkaline Pretreatment-conventional aerobic digestion,taCAD）2种工艺常规指标和抗性基因（ARGs）的变化,文章评价了热碱解-好氧消化（Thermal-Alkaline Pretreatment-conventional aerobic digestion,taCAD）工艺处理剩余污泥的效能,并初步评价了其生态风险. 结果表明:在pH=11,T=70℃,t=1 h的热碱解条件下,污泥胞内物质大量释放,热碱解混合物中（sCOD）、（多糖）、（蛋白质）等可达到原污泥的数10倍. 当CAD工艺SRT=10 d时,热碱解的VS去除率分别提高113.9%（Qb=0.5 L/min）,160.5%（Qb=2L/min）,TCOD去除率分别提高和234.6%（Qb=0.5 L/min）、83.3%（Qb=2 L/min）的. taCAD处理后（NH3-N）明显低于CAD的. 热碱解会使得后续CAD反应器中（sCOD）和（TP）上升. 减小曝气量、延长SRT的CAD过程有利于ARGs的削减,热碱解可导致CAD中部分ARGs回升. 相关性分析和微生物群落结构分析结果表明:CAD中的ARGs传播途径以基因水平转移（HGT）途径为主. 文章在初步评价taCAD工艺生态风险的同时,也为其后续污泥处置方式的选择提供理论依据.     

大肠杆菌耐药机制中激活外排泵和减少摄入量的研究进展

概述了大肠杆菌中激活外排泵和减少摄入量这两个重要的耐药机制和克服它们的新策略,主要包括近年来在理解外排泵系统的物理结构、功能和调控子中的进步和有利于开发以外排泵为靶位的药物研究进展。     

抗生素抗性组学研究进展

抗生素抗性问题已成为当前国际上的研究热点之一.对抗生素抗性组学的内涵、研究意义及国内外研究进展进行了综述,并论述了宏基因组学技术在抗性组学研究方面的应用,这有助于促进国内开展相关方面的研究.     

转基因小黑杨对土壤微生物群落结构的影响

为评价转基因林木环境释放可能引起的生态风险,以及转基因林木在生产应用中的可行性和可靠性,以实验室种植的转Bt-蜘蛛神经毒肽重组基因的小黑杨为材料,对转基因与非转基因植株根际(通常为几毫米至几厘米)土壤细菌、放线菌、真菌数量和基因水平转移情况进行检测,结果表明:转基因小黑杨种植一段时间后其根系附近的微生物数量略高于非转基因小黑杨。利用卡那霉素选择培养基分离根系周围细菌菌落发现转基因植株周围的土样细菌中,Kan^R抗性细菌菌落数占总细菌菌落的比例在11.58%～13.00%之间,而非转基因植株根际周围和空白土壤细菌菌落数则在5.73%～6.40%之间,表明转基因小黑杨根系对土壤细菌的抗生素抗性产生一定的影响。利用转基因植株的目的基因和抗性基因设计引物,以土壤中细菌基因组DNA为模板进行PCR扩增,转基因植株种植7个月后,根际土壤细菌菌落中含有抗性基因的菌落数量明显增加。虽然在种植1个月的转基因植株根际土壤土样细菌中未检出目的基因,但在种植7个月后的土样中检验到了很少的目的基因阳性细菌,阳性细菌菌落比例为2%～5%,检测结果表明可能有极少数Bt-蜘蛛神经毒肽重组基因发生了水平转移。     

制药废水厂微生物群落和多种抗性基因相关性分析

为了研究多种生物处理工艺制药废水中微生物群落结构和抗性基因的分布特征、扩增情况及其相关性,采用Miseq高通量测序分析技术和荧光定量PCR技术对制药废水厂中活性污泥进行检测。荧光定量结果表明:sul1,sul2,tetO,tetQ,tetW,OXA-1和可移动遗传元件int1在制药废水厂中各个阶段均能被广泛地检测到,总抗性基因浓度范围为3.09×10~8～2.26×10~9 copies/g(干重),基因总浓度上升了7.3倍。Miseq测序结果表明:制药废水中主要优势菌门为Proteobacteria,Bacteroidetes,Firmicutes,Thermus和Gemmatimonadetes等门,其平均总相对丰度比例占到81.05%;冗余分析显示,Aeromicrobium与sul2呈较高程度的正相关性,可能是sul2在微生物群落中存在的可能的主要菌群;Rhodovulum和Rhodospirillaceae菌属与OXA-1和tetQ呈较高程度的正相关性,这些菌属是这些ARGs分布的主要菌属;Acinetobacter与tetO和tetW呈现较高程度的正相关性,可能是tetO和tetW在微生物群落中存在的可能的主要菌属。因此,相关抗性基因的增值和分布与相关特定菌属有关,可以通过控制相关菌属的丰度来消减工业废水厂中的抗性基因。     

Gene expression in Pseudomonas aeruginosa biofilms.

Bacteria often adopt a sessile biofilm lifestyle that is resistant to antimicrobial treatment. Opportunistic pathogenic bacteria like Pseudomonas aeruginosa can develop persistent infections. To gain insights into the differences between free-living P. aeruginosa cells and those in biofilms, and into the mechanisms underlying the resistance of biofilms to antibiotics, we used DNA microarrays. Here we show that, despite the striking differences in lifestyles, only about 1% of genes showed differential expression in the two growth modes; about 0.5% of genes were activated and about 0.5% were repressed in biofilms. Some of the regulated genes are known to affect antibiotic sensitivity of free-living P. aeruginosa. Exposure of biofilms to high levels of the antibiotic tobramycin caused differential expression of 20 genes. We propose that this response is critical for the development of biofilm resistance to tobramycin. Our results show that gene expression in biofilm cells is similar to that in free-living cells but there are a small number of significant differences. Our identification of biofilm-regulated genes points to mechanisms of biofilm resistance to antibiotics.