城市水环境中抗生素抗性基因的污染特征及传播机制研究

By the selection methods of antibiotic resistance genes (ARGs) from environmental water samples, the kinds of ARGs in urban water environment were identified. According to the characteristics of samples, it was to establish the quantitative detection methods for ARGs by real-time PCR, and analysis methods for microbial community by T-RFLP and other molecular technologies. Through these methods，the concentration and distribution of ARGs, and changes of microbial community structure in sewage, wastewater treatment plants, and urban surface waters were studied. The results can illustrate the characteristics of ARGs contamination in urban water environment. In addition, the horizontal transfer of ARGs in water microbial community and influence factors were also investigated by simulation experiments. This can reveal the mechanisms of ARGs dissemination in urban water environment. The research results can provide the scientific basis for ARGs control and ecological risk assessment. For the construction of urban water environment and control of antibiotic resistant bacteria, this research project has important theory significance and practical value.

通过环境水样抗生素抗性基因筛选，确定城市水环境中抗生素抗性基因的种类。根据样品的特点，借助实时荧光定量PCR、末端限制性片段长度多态性分析等分子生物学技术建立抗性基因的定量检测方法和微生物群落结构分析方法。在此基础上研究抗生素抗性基因在城市污水、污水厂处理系统和城市地表水中的含量和分布状况，以及微生物群落结构的动态变化，阐明城市水环境中抗生素抗性基因的污染特征。通过实验深入研究抗生素抗性基因在水环境微生物群落中的水平转移情况和相关影响因素，进而揭示抗生素抗性基因在城市水环境中的传播扩散机制。项目的研究成果将为抗生素抗性基因的污染控制和生态风险评价提供科学依据，对于构建新型的城市水环境系统，控制耐药微生物传播具有重要的理论意义和实用价值。

耐药菌（ARB）的出现和传播对人类健康造成了潜在风险，掌握与居民生活息息相关的城市水环境中细菌耐药水平和抗生素抗性基因（ARGs）的污染特征具有重要意义。本研究针对广泛使用的抗生素类型，建立环境水样中ARB表型分析方法以及ARGs定性和定量检测方法。以西安市河流和湖泊为代表考察了城市地表水中细菌的耐药水平，发现城市河流中粪大肠菌群对氨苄西林和四环素的平均耐药率分别为42.1%和44.7%，而在景观湖泊中对这两种抗生素的耐药率分别为43.0%和24.2%。城市河流中异养菌对磺胺甲恶唑和四环素的耐药率较高，分别为8.8%-34.7%和1.2%-12.4%。二级处理出水对受纳河流中异养菌的含量和微生物群落结构的影响并不明显，但却造成异养菌耐药率和ARGs丰度的升高，并为假单胞菌和气单胞菌等病原微生物提供了适宜的环境。原污水中粪大肠菌群对环丙沙星、磺胺甲恶唑和氨苄西林的耐药率均约50%，而对氯霉素和庆大霉素的耐药率则很低。经二级处理之后，耐药性粪大肠菌群的浓度有所下降，但对抗生素的耐药率却显著升高。经氯消毒48h后，二沉池出水中粪大肠菌群对氨苄西林、四环素和环丙沙星的耐药率均有不同程度的升高。在较低的紫外辐照剂量范围内，二沉池出水中粪大肠菌群的耐药率有随紫外辐照剂量升高而降低的趋势，但较高的紫外辐照剂量则可能导致粪大肠菌群耐药率升高。通过表型分析和基因分析，揭示了城市污水处理系统中耐药性沙门氏菌分布及其与ARGs的联系。污水处理系统中沙门氏菌对四环素、磺胺甲恶唑和氨苄西林耐药率分别为47.5%、38.5%和25.3%。氯消毒出水中沙门氏菌的耐药率和多重耐药比例明显高于其他阶段。耐四环素沙门氏菌主要携带tetA基因，而sul1、sul2和sul3基因都是耐磺胺甲恶唑沙门氏菌主要的ARGs。污水生物处理和氯消毒过程可能会改变沙门氏菌的耐药率和耐药模式，并选择性增加某些ARGs。本研究系统地阐述了城市水环境中ARB和ARGs的污染特征，研究成果为控制细菌耐药性在水环境中的传播提供了科学依据和技术方法，具有重要的理论意义和实用价值。