Seasonal variation of antibiotic resistance genes in activated sludge of a full-scale municipal wastewater treatment plant: Contribution of activated sludge functional taxa and clinically relevant taxa
市政污水处理厂活性污泥中抗生素耐药基因的季节性变化：活性污泥功能类群和临床相关类群的贡献
Water Research, 2025, 268, 122598
https://doi.org/10.1016/j.watres.2024.122598
第一作者：Shashika K. Guruge（博士生）、韩子铭（博士后）
通讯作者：张昱（研究员）、杨敏（研究员）
其他作者：代世婷、Ashraful Islam、贲伟伟、田哲
作者单位：中国科学院生态环境研究中心、中国科学院大学
图文导读
文章简介
市政污水处理工程连接了城市人群与自然水环境，在城市水系统的循环与净化中发挥关键作用。人类来源的化学与生物污染物汇集到市政污水处理厂，其中包括种类繁多的抗生素、抗生素耐药基因（ARGs）与机会致病菌。近期许多研究关注到了市政污水中药物与微生物群落的公共卫生意义，提出基于市政污水开展流行病的监测与预警。相比于“瞬时”的市政污水厂进水，市政污泥细菌群落的代表性更强，能够反映一定时期内市政污水厂微生物群落的特征。然而，市政污泥细菌群落与ARGs具有高度的多样性和变异性，ARGs时间动态与细菌群落系统发育结构的内在关系有待深入探究。
本研究对北京某大型市政污水处理厂剩余污泥进行了连续12个月的跟踪研究，综合运用宏基因组生信分析与机器学习手段，从月度与季节差异入手解析市政污泥细菌群落和ARGs的内在联系。我们观察到了ARGs与细菌群落多样性的年度“循环”，不同季节之间的差异显著，寒冷季节的ARGs丰度更高。基于随机森林分类模型和回归模型，识别出15个ARGs和8个细菌属为季节差异的生物标志物（biomarker），并进一步分析了他们之间的联系。结果表明，Mycobacterium、Clostridium和Pseudomonas等潜在致病菌在寒冷季节显著富集，驱动了临床相关耐药基因（ermB、aac(6′)-I、blaTEM等）的富集；不同活性污泥功能类群（Thauera、Ornithinibacter等）表现出“此消彼长”的季节性变化模式，但其动态主要导致非临床重要ARGs的变化。宏基因组组装与分箱进一步验证了冬季与春季期间携带多重耐药基因的Mycobacterium的富集。我们的研究揭示了人类来源菌群与活性污泥功能菌群对市政污水厂ARGs季节动态的共同影响和差异贡献，也为市政污泥的微生物风险识别与安全利用/处置提供科学依据。
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