城市大气气溶胶中抗生素抗性基因与微生物种群研究

The spread of antibiotic resistance genes (ARGs) has significant impacts on public health and ecological environment, which is one of the hotspots in environmental pollution issues. However, there are few studies on the spread of ARGs through atmospheric transmission. The present study aims to characterize the occurrence and abundance of ARGs in urban aerosol and identify the possible sources through metagenomic approach. The change of microbial communities and environmental factors in aerosol would be documented and used to study their influences on ARGs in aerosol. Besides, the correlation between ARGs and mobile genetic elements would be studied based on their abundance, composition and gene arrangement in order to evaluate the potential of horizontal gene transfer of ARGs in aerosol. Furthermore, potential pathogens in urban aerosol would be isolated. The antibiotic resistance profiles of the isolated pathogens and the ARGs carried by them would be tested to explain the potential health risk caused by the antibiotic resistant pathogens. The comprehensive understanding of ARGs in aerosol helps to better monitor and control the spread of ARGs in natural environment.

新型环境污染物抗生素抗性基因在环境中的传播会对公共健康和生态环境造成巨大影响，是环境污染物研究的重大热点问题之一，但现今关于抗生素抗性基因通过大气传输在环境中传播的研究较少。本项目以城市大气气溶胶中抗生素抗性基因为主要研究对象，利用以高通量测序为基础的宏基因组分析，揭示城市大气气溶胶中抗生素抗性基因的丰度、组成及可能的来源。同时研究大气环境因子与大气气溶胶中微生物种群结构的关系，考查影响大气气溶胶中抗生素抗性基因构成的因素；确定大气气溶胶中抗生素抗性基因与可移动基因元件的关联，评估大气气溶胶中抗生素抗性基因进行水平基因转移的可能性及风险；研究大气气溶胶中抗生素耐药性致病菌的浓度及其携带的抗生素抗性基因，评估大气气溶胶中抗生素抗性基因对公共健康的威胁。对大气气溶胶中抗生素抗性基因的研究可加强对环境中抗生素抗性基因传播途径的了解，为监测及控制抗生素抗性基因在环境中的传播提供重要基础数据。

环境中抗生素抗性基因（ARGs）的污染是近年愈受关注的环境问题。然而，大气颗粒物中ARGs的污染水平及其环境行为仍有待研究。本项目结合分子生物学检测技术及宏基因组分析技术，研究大气颗粒物中ARGs的来源，识别可通过大气传输的ARGs及监测了大气颗粒物中微生物种群及ARGs的季节性变化。主要获得如下研究结果：. （1）宏基因组分析发现ARGs的主要污染源环境，如禽畜养殖场及污水处理厂大气颗粒物ARGs的检出种类及丰度皆比郊区及市区大气颗粒物中ARGs高；通过比较主要污染环境中大气颗粒物与其潜在污染源（如动物粪便、活性污泥）ARGs图谱，发现禽畜养殖场大气颗粒物中ARGs的主要来源为动物粪便，而污水处理厂大气颗粒物中ARGs可能还受到除污泥以外的来源影响。. （2）有97种ARG亚型在不同采样点的大气颗粒物中均有检出，且占各大气颗粒物样品总ARGs丰度的85.56%-98.10%。说明此类ARGs具有持久性，可随大气迁移进行距离长，范围广的传播。此外，大气颗粒物中3种菌属（Streptococcus，Pseudomonas和Escherichia）丰度与主要ARGs丰度之间显著关联（p < 0.05），表明此3种菌属可能为ARGs在大气传播中的主要载体。可移动基因元件，如整合子、质粒的丰度与ARGs 丰度之间有显著相关性。. （3）通过比较不同季节样本和不同粒径样本中微生物的群落组成和多样性差异，发现广州市区大气颗粒物中优势菌门为变形菌门Proteobacteria、厚壁菌门Firmicutes及放线菌门Actinobacteria。不同粒径的样品主要菌属组成相似，但它们的相对丰度在季节之间有所不同。同时选取5种ARGs（sul1, tetA, ermB，ermC及mexB）进行PCR检测。检出率最高的为sul1（91.8%），其次为ermB（63.93%）及ermC（49.18%）。其中，mexB的检出主要集中于秋季及夏季样品，其他基因检出无季节性特征。选取sul1，ermB及ermC基因作定量PCR分析。结果表明，选取的不同基因丰度没有明显区别。但ermB在夏季丰度明显比春、秋及冬季低，其变化可能与大气颗粒物中微生物种群变化相关。. 本项目研究结果识别了大气颗粒物中ARGs的污染源及分析其传播特征，为进一步研究AR