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【杭州水處理設(shè)備網(wǎng)m.esdzu.com】抗生素及其殘留會引發(fā)抗生素抗性基因污染。抗生素抗性基因被視為一種新型的環(huán)境污染物，環(huán)境科研領(lǐng)域受到廣泛關(guān)注，其分布情況和傳達(dá)機(jī)制成為現(xiàn)今研究的焦點(diǎn)。通過總結(jié)水環(huán)境中抗生素抗性細(xì)菌和抗性基因的分布以及消毒工藝對抗生素抗性基因的去除效果，認(rèn)為氯消毒相對其他消毒方法在去除抗生素抗性基因中更經(jīng)濟(jì)可行，且消毒處置可以影響抗性基因的接合轉(zhuǎn)移率，從而對抗性基因的水平轉(zhuǎn)移起到抑制作用，并可能進(jìn)一步影響到抗生素抗性基因的傳達(dá)和擴(kuò)散。

抗生素抗性基因(antibioticresistancegenes,A RG能對抗生素產(chǎn)生抗性的基因，微生物，包括病原微生物，耐藥性形成和擴(kuò)散的物質(zhì)基礎(chǔ)，一類新型環(huán)境污染物。能在微生物包括病原微生物間傳播，還可從細(xì)菌、人類散播源和動物源等傳播擴(kuò)散到自然環(huán)境和飲用水系統(tǒng)中。甚至ARG能通過攜帶抗性基因的質(zhì)粒等可移動遺傳元件進(jìn)入人體，致使抗生素療效下降，細(xì)菌感染的治療更加棘手。有報道世界上每年因抗結(jié)核桿菌受影響人數(shù)達(dá)50萬，歐盟每年約2.5萬人死于感染多重抗性細(xì)菌，美國每年約6.3萬人死于醫(yī)院獲得性細(xì)菌感染。目前臨床上使用的所有抗生素幾乎都存在其抗性細(xì)菌(antibioticresistancebacteria,A RB甚至呈現(xiàn)“超級細(xì)菌”如“新德里.梅塔洛一號”NewDelhi-Metallo-1,NDM-1因此，ARG極可能引發(fā)公共健康危機(jī)。

環(huán)境中ARG主要發(fā)生于醫(yī)療和畜牧業(yè)臨時濫用或誤用抗生素，從而使水體、土壤、活性污泥等環(huán)境介質(zhì)成為ARB或ARG源和匯。目前，已有大量報道在水環(huán)境、土壤、堆積物中檢測到ARG甚至空氣中也檢測到ARG這些ARG可持久存在于環(huán)境中，并且在攜帶ARG微生物死亡后，釋放到環(huán)境中的裸露的DNA 分子最終又可通過基因重組轉(zhuǎn)入其它微生物而使其具有抗性，給人類和動物平安帶來潛在威脅。特別是水環(huán)境已成為ARG散播的重要介質(zhì)，也是ARG重要貯存庫之一。本文論述了ARG水環(huán)境中的分布，總結(jié)了目前水處置工藝中消毒對ARG去除效果，并探討了消毒處置對其傳播擴(kuò)散的影響機(jī)制水處理設(shè)備。

1A RG水環(huán)境中的分布及傳播擴(kuò)散

A RG和ARB已被證明在地表水、市政污水、污水處置廠出水以及飲用水中普遍存在且種類繁多，迄今已在各種水體中檢測出上百種ARG例如在北美、歐洲、東亞和東南亞等地區(qū)的9個國家的飲用水、海水、地表水、醫(yī)療廢水、化糞池及污水處置廠檢測出大環(huán)內(nèi)酯類(如aphA 1aphA 2aadA 1磺胺類(如dfrA 12dfrA 17sulIβu內(nèi)酰胺類(如blaTEM-1blaOXA -1blaPSE-1四環(huán)素類(如tetA tetHtetJtetYtetZ青霉素類(如mecA penA 和大環(huán)內(nèi)酯類(如ermA mphA 等多達(dá)50種ARG表1一般認(rèn)為水環(huán)境中的這些ARG主要通過醫(yī)療和水產(chǎn)養(yǎng)殖廢水直接進(jìn)入地表水體，也可由糞便施肥使其先進(jìn)入到土壤環(huán)境，再隨雨水等地表徑流滲透到地下水中。因此，ARG水環(huán)境中廣泛分布，特別是污水處置廠，由于含抗生素和ARB廢水直接排入其中而富集大量ARG成為ARG集聚和傳播的一個重要媒介。如Su等從污水廠分離到98.4%菌株對檢測的抗生素具有抗性，90.6%菌株至少對3種抗生素表示出抗性。水體環(huán)境中這些ARB和ARG存在不只會威脅到飲用水平安，也可能影響到水資源的循環(huán)利用。研究發(fā)現(xiàn)，用淡水和處置后廢水灌溉過的土壤均檢測出高水平的抗生素抗性。可見，水環(huán)境中ARG普遍存在且可能對人類健康和環(huán)境生態(tài)帶來影響.實驗室純水設(shè)備。

A RG主要通過垂直基因轉(zhuǎn)移(verticalgenetransfer,VGT和水平基因轉(zhuǎn)移(horizontalgenetransfer,HGT兩種方式進(jìn)行傳達(dá)擴(kuò)散。垂直基因轉(zhuǎn)移是依靠微生物親代之間的分裂生殖進(jìn)行;水平基因轉(zhuǎn)移則是ARG通過接合(conjug轉(zhuǎn)化(transform轉(zhuǎn)導(dǎo)(transduct轉(zhuǎn)座以及細(xì)菌溶源性基因轉(zhuǎn)移等過程發(fā)生轉(zhuǎn)移，從而使另一菌株獲得抗性的過程，水體環(huán)境中ARG轉(zhuǎn)移擴(kuò)散的重要方式。早在20世紀(jì)40年代就有微生物水平基因轉(zhuǎn)移的描述，并提出HGT發(fā)生是由選擇性壓力和生物進(jìn)化發(fā)生的一種普遍現(xiàn)象。如有研究發(fā)現(xiàn)攜帶四環(huán)素類抗性基因的質(zhì)粒在大腸埃希氏菌(Escherichiacoli和氣單胞菌(Aeromonasspp.之間進(jìn)行轉(zhuǎn)移，另外，還觀察到耐萬古霉素腸球菌(vancomycin-resistantEnterococcus,VRE與耐甲氧西林金黃色葡萄球菌(methicillin-resistantStaphylococcusaureus,MRSA 間抗性基因轉(zhuǎn)移現(xiàn)象。其中，HGT對ARG通過水傳微生物進(jìn)行傳達(dá)擴(kuò)散起到重要作用。正是由于水平基因轉(zhuǎn)移的存在致使ARG不只可以在水體環(huán)境中從親代傳送給子代，還可以在同種屬或不同種屬微生物間進(jìn)行基因傳送。甚至在細(xì)菌、真菌、病毒和真核生物基因組均觀察到基因的水平轉(zhuǎn)移。因此，水體環(huán)境中ARG存在及其通過水傳微生物的轉(zhuǎn)移擴(kuò)散給人體健康和水的生物平安性帶來隱患水處理設(shè)備。

A RG作為新型的環(huán)境污染物在水環(huán)境中可通過水傳微生物進(jìn)行散播。研究發(fā)現(xiàn)，水處置過程中水傳微生物攜帶ARG不只會使水體中ARG濃度增加,還可能進(jìn)入到水源水和給水系統(tǒng)。Zhang等已在飲用水系統(tǒng)中廣泛檢測到ARB和ARG也有報道在大型給水廠中檢測到9個種或?qū)俚?span>ARG且出現(xiàn)較高豐度。而參與鄉(xiāng)村水循環(huán)的地表水更是擴(kuò)散致病微生物和ARG重要載體之一。因此，如何有效去除和控制水環(huán)境中的ARG需要重點(diǎn)關(guān)注。而消毒是殺滅水中對人體健康有害的致病微生物的重要方式，可防止通過飲用水傳達(dá)疾病。也是生活飲用水平安、衛(wèi)生的最后保證。特別是氯消毒因其具有經(jīng)濟(jì)和高效的特性，因而被廣泛應(yīng)用于廢水和飲用水消毒。

2消毒對ARG和(或)ARB豐度的影響

消毒通常可以降低出水中的細(xì)菌總量，從而對ARG削減起到一定作用。但對ARG去除效果還會受消毒方式等影響。目前，國內(nèi)外使用的消毒方法包括化學(xué)消毒法(如鹵素消毒劑、臭氧和過氧乙酸等)物理消毒法(如膜過濾截留微生物)和光化學(xué)消毒法(如紫外線)以及電化學(xué)消毒法。廣泛應(yīng)用的主要有氯消毒、二氧化氯消毒、臭氧殺菌和紫外線照射及氧化消毒等，盡管這些消毒方法一般都能在水處置過程中去除部分ARB或ARG但在污水處置廠的出水中它檢出率仍然較高，且相對總量和種類在出水中變化不大(表2甚至呈現(xiàn)ARG相對豐度升高現(xiàn)象。例如氧化和UV消毒對ARG去除幾乎沒有效果，對少數(shù)ARG去除率能達(dá)到1~2個數(shù)量級，但氯消毒對ARG去除可以達(dá)到2~3個數(shù)量級，而消化處理、人工濕地及其它非消毒處置對ARG去除最多達(dá)到1個數(shù)量級。

由于ARG去除率不只受消毒方法的影響，還會受到細(xì)菌攜帶抗性類型、消毒劑量和多種消毒方法結(jié)合使用等多種因素影響，因此很難明顯降低或徹底清除ARG污染。如Xu等用高通量定量PCR檢測不同水處理工藝的給水廠出水時發(fā)現(xiàn)兩給水處置廠經(jīng)消毒處理的出水中ARG相對豐度都提高了因為一般的給水廠或污水廠處置過程基本沒有專門針對去除ARG而設(shè)計的工藝，且水體中ARG含量還可能受補(bǔ)給、水量、季節(jié)變化、用途及流經(jīng)地區(qū)等因素影響，因此物理法、化學(xué)法和生物法對ARG去除效果并不明顯。由于目前消毒工藝對ARB和ARG控制效應(yīng)數(shù)據(jù)也還較少，所以難以提出較有效的方法和途徑來遏制ARG散播。

表2不同處置方法對ARBARG去除效果

水污染

3消毒對ARG水平轉(zhuǎn)移的影響機(jī)制

消毒可對細(xì)菌的接合效率發(fā)生作用而影響到ARG水平轉(zhuǎn)移。如Guo等發(fā)現(xiàn)低UV劑量(達(dá)到8mJ/cm2對接合轉(zhuǎn)移頻率能產(chǎn)生影響，但影響很小，而低氯消毒劑量(達(dá)到40mgClmin/L能明顯提高接合轉(zhuǎn)移的頻率25倍，同時發(fā)現(xiàn)高劑量的UV>10mJ/cm2或氯消毒(>80mgClmin/L下ARG轉(zhuǎn)移的頻率均相對降低。Lin等也對UV和氯處理對ARG轉(zhuǎn)移率進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)UV和低水平氯消毒處置都能降低接合效率。表示為當(dāng)UV劑量(5~20mJ/cm2逐漸增加時，轉(zhuǎn)移率逐漸降低，而氯消毒處置時，轉(zhuǎn)移率沒有變化(氯劑量為0.05~0.2mg/L或轉(zhuǎn)移率較低甚至低于檢出限(氯劑量為0.3~0.5mg/L可見，UV和氯劑量較低對ARG水平轉(zhuǎn)移幾乎沒有影響，當(dāng)UV劑量在10~20mJ/cm2隨著劑量的增加能使ARG轉(zhuǎn)移率逐漸降低。

消毒對ARG水平轉(zhuǎn)移影響的具體機(jī)制有：一是通過降低供體細(xì)菌的存活率，從而降低接合轉(zhuǎn)移率;二是使細(xì)胞滲透性發(fā)生變.實驗室純水設(shè)備化。研究發(fā)現(xiàn)氯消毒產(chǎn)生的氯胺能撫慰細(xì)菌改變細(xì)胞滲透性，使接合細(xì)胞的外表會出現(xiàn)更多的菌毛，提高ARG接合轉(zhuǎn)移率，從而促進(jìn)ARG水平基因轉(zhuǎn)移;三是抑制相關(guān)轉(zhuǎn)移基因的表達(dá)。如在較低余氯(0.05~0.2mg/L可能對鞭毛基因(flagellargenflgC膜外蛋白基因(anoutermembraneporingene,ompF和DNA 轉(zhuǎn)移相關(guān)的基因(aDNA transport-relatedgene,traG表達(dá)發(fā)生抑制，從而降低水平基因轉(zhuǎn)移率;四是通過集聚不同質(zhì)粒、插入序列和整合子，從而提高ARG水平基因轉(zhuǎn)移的發(fā)生。如Shi等在給水廠發(fā)現(xiàn)ampCaphA 2blaTEM-1tetA tetGermA 和ermB基因氯消毒后發(fā)生了富集，并通過宏基因組分析認(rèn)為飲用水氯化處置確實能富集多種ARG同時質(zhì)粒、插入序列和整合子等與ARG水平轉(zhuǎn)移相關(guān)的可移動遺傳元件也會發(fā)生集聚。可見，消毒處置時消毒劑的類型及劑量對ARG水平轉(zhuǎn)移能起到促進(jìn)作用也可能發(fā)生抑制，同時，消毒時間也會對其產(chǎn)生影響。并且，消毒處置對ARG和可移動遺傳元件的富集作用也能進(jìn)一步促進(jìn)ARG水平基因轉(zhuǎn)移。

4總結(jié)與展望

研究發(fā)現(xiàn)，ARG污染通過HGT進(jìn)行傳達(dá)擴(kuò)散對我人類和動物的影響甚至遠(yuǎn)遠(yuǎn)逾越抗生素殘留自身發(fā)生的影響。因為基因污染不同于一般環(huán)境污染物，其具有遺傳性且一旦散播到環(huán)境中難以控制和消除，對人類和生態(tài)環(huán)境的影響將是臨時的和不可逆的因此，如何有效預(yù)防和降低其轉(zhuǎn)移擴(kuò)散帶來的環(huán)境影響是一項重要課題。本文分析了水環(huán)境中ARG廣泛分布，指出水體已成為ARG匯聚和擴(kuò)散的重要介質(zhì)，發(fā)現(xiàn)消毒在水處理中對ARG去除能起到一定作用，但效果不明顯，甚至?xí)�出現(xiàn)消毒處置后ARG相對豐度升高現(xiàn)象，即消毒能降低ARG絕對量，但相對豐度會增加。并認(rèn)為消毒能通過影響細(xì)菌的接合效率、使細(xì)胞滲透性發(fā)生變化和抑制相關(guān)轉(zhuǎn)移基因的表達(dá)以及對ARG和可移動遺傳元件富集而對ARG水平轉(zhuǎn)移發(fā)生作用。表示為UV劑量低于20mJ/cm2時，對ARG水平轉(zhuǎn)移影響較小，甚至出現(xiàn)降低水平基因轉(zhuǎn)移率;而氯消毒劑量達(dá)到40~80mgClmin/L時，能對ARG水平轉(zhuǎn)移起到促進(jìn)作用。

目前，針對水環(huán)境中ARG去除，較多已有的研究只是檢測水環(huán)境中消毒后ARB或ARG豐度變化，很少報道消毒對水環(huán)境中ARG去除影響的具體機(jī)制。雖然也有關(guān)于多種消毒方法對ARG去除的對比及機(jī)制探討，但還是難以很好揭示水中較高的ARB或ARG比例，特別是實際消毒過程中消毒及其副產(chǎn)物對ARG作用規(guī)律仍需進(jìn)一步探究。另外，對于不同環(huán)境介質(zhì)中ARBARG及可移動遺傳元件的檢測與表征大體包括激進(jìn)微生物培養(yǎng)法和分子生物學(xué)方法，但相關(guān)采樣、數(shù)據(jù)分析和結(jié)果表達(dá)等需要進(jìn)一步建立和完善，使其更加規(guī)范化和系統(tǒng)化，也方便在不同方法和實驗室條件下對所得研究結(jié)果進(jìn)行比擬。

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