供水系统自由生活阿米巴微生态作用机制与调控机理研究

Free-living amoeba (FLA) residing in drinking water distribution systems (DWDSs) present an emerging health risk due to their roles of being human pathogens and hosts for other pathogenic bacteria (e.g., Legionella pneumophila). However, the mechanisms governing their occurrence and ecology in DWDSs remain elusive. The aims of this project are :1) to investigate the occurrence and dynamics of FLA from source to tap in representative real-world DWDSs, and identify key engineering/environmental factors shaping FLA communities; 2) to reveal interaction patterns between FLA and amoeba-resisting bacteria (ARB) in DWDSs, and identify key FLA species contributing to the persistence and growth of pathogenic ARB (e.g., Legionella, nontuberculous mycobacteria (NTM)); 3) to investigate the effect of disinfection practices and several environmental factors on FLA-ARB interactions, and compare the growth and metabolism patterns of ARB within a range of FLA hosts; 4) to identify microbial community structures and/or key species that can predict the occurrence of pathogenic FLA and ARB in DWDSs via metagenomic analysis. The results of this project will advance the understanding of FLA microbial ecology in DWDSs and provide insight to control and management of pathogenic FLA and ARB in DWDSs.

自由生活阿米巴（FLA）广泛存在于供水系统，除自身的致病性外，FLA还可携带其他病原菌（如嗜肺军团菌）并协助其生长传播。目前仍不明晰FLA在供水系统中的生态作用机制。本项目拟通过实地调查和实验室模拟，研究FLA在供水全流程的动态变化规律及对工程环境因子的响应机制；识别供水系统FLA与抗阿米巴细菌（ARB）的作用模式，鉴定对军团菌、非结核分枝杆菌（NTM）等致病性ARB起关键作用的FLA种属；研究不同消毒方式、管网环境条件对FLA-ARB相互作用的影响，考察典型ARB在不同种类FLA中的生长代谢特点，探索通过调控FLA以控制ARB的可能性；通过宏基因组分析，剖析FLA与细菌、其他真核微生物的内在联系和微生态作用机理，识别可用于预警致病性FLA和ARB的微生物群落特征。研究成果将提升对供水系统FLA微生态作用机制的认识，为实现致病性FLA和ARB的有效控制，保障饮用水微生物安全提供理论依据。

自由生活阿米巴（FLA）广泛存在于供水系统，除自身的致病性外，FLA还可携带其他病原菌（如嗜肺军团菌）并协助其生长传播。然而，FLA在供水系统的发生规律及生态作用机制尚不明晰。本项目对给水厂生物活性炭池、典型供水管网系统以及建筑物内二次供水系统进行大规模实地调研，发现供水流程的不同阶段FLA种群结构组成差异巨大，例如，V.vermiformis在生物活性炭池中检出率极低，但其是管网中检出率和丰度最高的FLA。通过搭建模拟管网系统，研究了不同管网材料（铜、不锈钢、PPR）、水滞留时间（0-168 h）和水化学性质对FLA和多种抗阿米巴细菌（ARB）的影响，发现铜管对不同FLA、ARB及微生物群落结构具有独特的选择压力；不同FLA和ARB对不同水滞留时间的具体响应则不尽相同。通过模拟储水系统，研究了储水类型（自来水、雨水）、储罐材质（水泥、不锈钢、PVC）和生态位（水相、生物膜）对FLA和ARB的影响，结果表明，储罐材质对FLA和ARB的影响在雨水储存系统中更加明显，且它们在水相和生物膜中生长趋势不尽一致。研究通过对实际和模拟系统中FLA的定量并结合细菌、真核微生物群落结构的生信学分析，识别了关键FLA及与其具潜在相互作用的微生物种属；发现了FLA阳性样本与阴性样本的微生物群落结构特征存在显著差异，提示可用于预警FLA发生的指征性微生物群落的存在。综上，本研究揭示了供水系统从源头到龙头FLA群落结构的变化特征，明确了供水管网和用户端关键工程环境因子对FLA、ARB及其相互作用的影响机制，剖析了供水系统中FLA的微生态学机理。研究结果可为准确评估供水系统FLA传播风险，指导供水系统致病性FLA和ARB的有效管控，保障饮用水微生物安全提供了数据支撑和理论依据。