📖 背景 | 抗生素耐药性与市政污水的挑战
抗生素耐药性（AMR）是全球公共健康的重大威胁，预计到2050年，每年将导致近4000万人死亡。市政污水因其携带高浓度和多样化的**抗生素耐药基因（ARGs）**和耐药菌（ARB），被认为是抗生素耐药性的“重要环境储库”。
尽管传统污水处理设施主要针对水质污染物进行处理，但研究表明污水处理过程中ARGs和ARB的去除效率有限。本研究基于邻位连接宏基因组学（proximity-ligation metagenomics），揭示了污水处理过程中ARGs和宿主微生物的动态变化，为ARGs的精准治理提供了科学依据。
🔍 科学问题
1️⃣ 污水处理过程中ARGs的丰度和种类如何变化？
2️⃣ 哪些微生物是ARGs的主要携带者，它们在处理过程中的动态如何？
3️⃣ 邻位连接宏基因组学如何揭示ARGs的宿主与基因转移特性？
🌟 科学意义
理论贡献
- ARGs的动态揭示
：通过邻位连接宏基因组学，首次系统性地追踪了污水处理过程中ARGs与宿主的动态关联。 - 新技术应用
：结合高通量测序与邻位连接分析，实现了ARGs与宿主基因组（如染色体和质粒）的精确配对，为解析基因水平转移（HGT）提供了新工具。
实践价值
- 污水处理优化
：为提高污水处理设施中ARGs和ARB的去除效率提供了数据支撑。 - 抗生素耐药性治理
：通过揭示ARGs的生态动态，为设计更高效的环境治理策略提供了方向。
🧪 核心研究发现
1. ARGs的动态变化
- 丰度与种类显著减少
：与原始污水相比，经过活性污泥反应器和厌氧消化器处理后，ARGs的相对丰度显著降低，尤其是针对氨基糖苷类和β-内酰胺类抗性基因的去除率最高（图1）。 - 质粒携带ARGs的减少
：质粒相关的ARGs在污水处理后显著减少，这有助于降低水平基因转移的风险。
2. ARGs宿主的转变
- 原始污水
：以人类致病菌为主，如Acinetobacter、Klebsiella和Pseudomonas，这些微生物不仅携带ARGs，还多与质粒相关。 - 活性污泥和厌氧消化器
：ARGs宿主多为环境菌属，如Sphingobium和Nitrosomonas，表明污水处理过程对病原菌的有效选择压力。
3. 技术优势的体现
- 宿主精确配对
：邻位连接技术将ARGs与宿主（染色体或质粒）准确链接，揭示了污水处理过程中ARGs从病原菌向环境菌的迁移模式。 - 消化器的温度影响
：研究发现中温（37°C）和高温（55°C）厌氧消化器在去除ARGs方面表现类似，但高温消化器对某些质粒相关ARGs的去除更为有效。
💡 应用前景与治理建议
治理建议
1️⃣ 优化污水处理工艺：
推广高温厌氧消化技术，增强对ARGs和ARB的去除效率。 在处理设施中引入先进的过滤和消毒技术，减少耐药性基因的释放。
2️⃣ 监测与早期预警：
建立污水处理设施中ARGs动态变化的长期监测体系，结合高通量宏基因组学技术，实现ARGs的快速检测与追踪。 重点关注污水中高风险病原菌（如Klebsiella和Acinetobacter）的动态变化，防止其扩散至环境中。
未来展望
- 技术集成与升级
：结合邻位连接技术与其他高分辨率测序方法（如长读长测序），进一步解析ARGs与宿主微生物的动态关系。 - 全球治理协同
：将研究成果应用于全球范围的污水处理和抗生素耐药性治理，为“抗生素耐药性一体化”（One Health）战略提供支持。
🔖 结语
本研究通过邻位连接宏基因组学技术，揭示了市政污水处理过程中ARGs及其宿主的动态变化，证明污水处理设施在降低ARGs丰度和病原菌传播风险方面的显著作用。未来，基于精准监测和优化技术的综合治理策略，将有助于抗生素耐药性的全球防控与环境保护。
🌱 从污水治理开始，共建健康与可持续的未来！
