典型抗药基因在污泥厌氧消化过程中的行为特征及分子机制

The emerging antibiotic resistance genes (ARGs) in the environments have been considered a major threat for human health, and excess sludge in sewage treatment plants (STPs) are well-known to serve as important reservoirs for various ARGs. As a promising sludge stabilization technology, the role which anaerobic digestion plays in the spread/removal of ARGs has not fully understood. The objective of this project is to definite the abundance of ARGs in the excess sludge by investigating the occurrence of ARGs in serval STPs in Zhejiang province，using modern molecular biological technology and analytical means, such as UPLC-MS/MS, fluorescence quantitative PCR and so on. We quantify the change of antibiotics, ARGs to various laboratory-scale sludge digestion processes, and definite the control factor for spread /removal of ARGs in the process of anaerobic digestion. To gain insight into potential mechanisms driving horizontal gene transfer of ARGs in the digester, Ⅰintegrase (int I) gene abundance and the structure of the gene cassette are monitored. The results of this project are available for evaluating the type and abundance of ARGs from sludge in STPs, and to provide theoretical evidence of spread，removal and effective control method of ARGs.

环境中日益出现的抗药基因被认为是人类健康的一种重大威胁，污水处理厂的剩余污泥已成为抗药基因的一个重要储存库。厌氧消化作为常用的污泥稳定化技术，其对剩余污泥中抗药基因的传播/去除作用及机理尚未明确。本项目采用UPLC-MS/MS、荧光定量PCR等分析方法及现代分子生物技术，调查浙江省多家污水处理厂剩余污泥中典型抗药基因的分布，明确剩余污泥中抗药基因的种类和丰度；通过观察抗生素、典型抗药基因在污泥厌氧消化过程中的变化规律，确定影响抗药基因传播/去除的主控因素；并结合对Ⅰ类整合子及基因盒丰度和结构的追踪分析，揭示主控因素对抗药基因传播/去除的影响机理。本项目的研究有助于科学地评估污水处理厂污泥中抗药基因的污染现状，对解析污泥中抗药基因的传播、去除规律，以及有效的控制方法具有重要的理论参考价值。

环境中日益出现的抗药基因被认为是人类健康的一种重大威胁，污水处理厂及其剩余污泥为抗药基因的一个重要储存库。本研究采用UPLC-MS/MS、荧光定量PCR等分析方法，调查浙江省十余家不同处理规模、处理工艺的污水处理厂及剩余污泥中典型抗药基因的分布，明确了不同地区、不同规模的污水处理厂中抗生素抗性基因的丰度有差异，不同污水处理工艺对抗性基因的去除也不同；污水处理厂产生的剩余污泥是抗性基因的重要储存库；目标基因四环素类抗性基因、磺胺类抗性基因、红霉素类抗性基因、β内酰胺类抗性基因、甲氧苄胺嘧啶类抗性基因等在各个污水处理系统中均有检出；分别采用了序批式厌氧消化、两相厌氧消化等技术对污泥中抗性基因的控制效果及影响因素进行实验，并利用16s RNA、宏基因组等先进手段深入研究抗性基因与I类整合子、细菌群落结构、重金属抗性基因等相关性，结果表明高温厌氧消化能在一定程度上削减污泥中的抗性基因；I类整合子与大部分抗性基因存在显著相性，NH3-N、TN、TP与总目标抗性基因存在显著相关性；超声波预处理及温度均能对两相厌氧消化反应器中抗生素抗性基因行为特征造成影响；高温产甲烷相反应器能有效去除原泥中致病菌； 宿主细菌对抗生素抗性基因的行为特征可能具有决定性的作用。选用了三种解偶联剂对剩余污泥进行减量化处理，结果表明抗性基因在污泥减量化过程中进行了传播，利用具有接合转移特性的耐药质粒RP4，从抗性基因水平转移的角度，阐明了污泥减量化过程中抗性基因的传播机理。本项目的研究结果可以科学地评估污水处理厂及污泥中抗性基因的污染现状，对解析污泥处置过程中抗性基因的传播、去除规律，以及有效的控制方法提供了重要的理论支撑。