EP：洞察中国饮用水抗性基因/耐药组动态

文摘 2025-01-15 08:33 广东

《Insight into the dynamics of drinking water resistome in China》由 Mian Gul Hilal 等人撰写。随着抗生素滥用，耐药基因（ARGs）在环境中的传播引发关注，饮用水作为人类接触 ARGs 的重要途径，中国因抗生素生产和使用量大，面临较大风险。此研究对饮用水中 ARGs 进行多维度评估，分析其来源、影响因素、检测方法、健康风险及缓解策略，为保障饮用水安全提供依据。

饮用水耐药基因（ARGs）的研究背景与来源

- 抗生素耐药现状：自 20 世纪 40 年代起，抗生素广泛使用，因滥用、分解不足和环境持久性等问题，抗生素耐药性（AR）在生态系统中发展。预计到 2050 年，AR 将导致全球 1000 万人死亡和 100 万亿美元经济损失。中国是抗生素生产和使用大国，如 2013 年中国消耗 92700 吨抗生素，46%最终排入河流，这促进了 ARGs 在环境中的传播，增加了“超级细菌”出现的风险。

- 饮用水与 ARGs：安全充足的饮用水是人类基本需求，但中国水资源有限且水污染严重，约 2.8 亿人无法获得安全饮用水。饮用水是 ARGs 与人类接触的主要途径，其污染对人类健康构成威胁。ARGs 可在饮用水源中增殖，如河流、水库、湖泊、饮用水处理厂（DWTPs）和饮用水分配系统（DWDSs）等均检测到多种 ARGs。

图 1.中国主要饮用来源及其主要报道的抗生素概述。

不同饮用水源中的 ARGs 情况

- 河流系统：是主要水源，受人类活动污染严重，ARGs 丰富。如长江最大支流黄浦江是上海重要水源，日产 750 万加仑原水，其附近 ARGs 含量较高。钱塘江检测到氨基糖苷类、四环素类等多种 ARGs，珠江三角洲原水检测出 27 种 ARGs，城市河流检测到 258 种 ARGs，海河沉积物中以β -内酰胺类和磺胺类抗性基因居多，潮白河作为北京主要水源也存在多种 ARGs。

- 水库系统：全球大量修建水库改变了河流生态，水停留时间延长利于 ARGs 积累。如藏木坝 bacA 基因占比较大，丹江口水库是重要饮用水输送工程，其沉积物中 ARGs 多于水，且旱季 ARGs 总量高于雨季，水中 ARGs 主要来自上游沉积物。

- 湖泊：是重要淡水来源，但城市湖泊易受污染。全球湖泊分析显示湖泊沉积物和水中检测到 57 种抗生素，推测有多种 ARGs 且可能转移至饮用水。如武汉湖泊中 sul 基因占主导，其在沉积物和地表水中浓度较高。

- DWTPs：处理工艺无法完全去除 ARGs，部分过程甚至增加其含量。某地 DWTPs 及分配网络检测到 285 种 ARGs，自来水 ARGs 含量可能比出厂水高，氯消毒会增加某些 ARGs 丰度，如 tet(A)和 tet(G)，同时改变微生物群落。新加坡和中国部分城市自来水也检测到多种 ARGs，表明现有处理工艺对 ARGs 去除不足。

- DWDS：生物膜为 ARGs 提供富集环境，管道中 ARGs 随时间变化，初始减少后增加。芬兰 DWDS 对 ARGs 有富集作用，中国管道中 bla、MLSB 等为主要 ARGs，且不同管材对 ARGs 有影响。CDC 生物膜反应器模拟研究显示 ARGs 随时间增加，aphA2 和 sulII 为优势基因，ARGs 载体细菌可在生物膜中富集，威胁人类健康。

ARGs 的来源及影响因素

图 2.总结了抗生素耐药基因（ARG）的来源和起源及其向饮用水的传播途径

- 来源

- 医院：中国约 50%住院患者使用抗生素，部分地区滥用严重。医院废水含丰富 ARGs，如某医院废水检测到 126 种目标 ARGs，常见有 tetO、sul1 等。虽经处理，仍可能是 ARGs 传播源，但相关研究尚需深入。

- 畜牧业：抗生素在畜牧业广泛使用，畜禽粪便和养殖废水是 ARGs 重要来源。如猪场废水排放影响河流中 tet 基因频率，猪场附近地下水、牛蛙养殖场沉积物、九龙河污水及中国多地养殖场沉积物中均检测到多种 ARGs，这些废弃物排放可能增强 ARGs 向人类和生态系统的传播。

- 污水处理厂：是 ARGs 富集热点，污水中污染物形成选择压力。如对黄浦江水和青草沙水库水分析显示处理后细菌耐药性有变化，中国 17 城市污水检测到 381 种 ARGs 亚型，消毒工艺会影响 ARGs 丰度和传播。

- 自然突变：ARGs 是细菌原始防御机制，在自然环境中普遍存在，如古老岩石中也有发现。在细菌染色体复制过程中可通过自发突变产生，其在饮用水源中的自然富集机制需进一步研究。

- 影响因素

- 非生物因素

- 人类活动：人类活动释放化合物影响 ARGs，在高人类活动区 ARGs 水平更高。如黄浦江高人类活动区 ARG 水平显著高于其他区域，海河接收大量污水，其沉积物中 ARGs 丰富，表明人类活动对 ARGs 产生有重要作用。

- 抗生素：大量使用抗生素，其低浓度排放促进 ARGs 发展。如 2013 年中国抗生素排放南方和中部高于北方，低浓度抗生素可改变细菌转录，诱导微生物群落变化，促进 ARGs 富集。

- 重金属：与 ARGs 有共同作用途径，可影响其产生和传播。如武汉湖泊研究显示 Cu、Ni、Cr 等重金属与 ARGs 呈正相关，部分重金属在低浓度下可刺激 ARGs 共轭转移，中国水体和土壤中存在共选择现象。

- 生物因素

- 微生物群落：微生物携带 ARGs，不同类群与 ARGs 相互作用影响其传播。如南京 DWTPs 中 Pseudomonas 是某些 ARGs 的潜在宿主，Salmonella 是 sul 基因主要宿主，微生物群落结构与 ARGs 丰度和多样性相关。

- 移动遗传元件（MGEs）：通过水平基因转移促进 ARGs 传播，与 ARGs 高度相关。如 intI - 1 和 tnpA - 04 基因在水样中浓度高且与多种 ARGs 紧密相连，在 DWTPs 和 DWDS 中 ARGs 与 MGEs 常呈统计关联。

ARGs 的检测方法、健康风险与缓解策略

- 检测方法

- 传统方法：包括培养法、传统 PCR 等。培养法受限于可培养细菌数量，传统 PCR 受引物限制，难以提供全面 ARGs 信息。如培养法检测污水处理厂细菌只能培养少量细菌，PCR 检测动物农场污水可能产生假阳性结果，但传统 PCR 具有快速、低成本等优点。

- 现代方法：如宏基因组测序、高通量定量 PCR（HT - qPCR）等。宏基因组测序可全面分析 ARGs，但存在短读长、注释困难等问题；HT - qPCR 能检测大量样本，可用于分析饮用水源 ARGs 结构。如12 城市家庭饮用水宏基因组分析检测到 265 种 ARGs，HT - qPCR 在饮用水源研究中检测到较高频率的 ARGs。

- 健康风险：ARGs 可从环境微生物转移至人体病原体，降低抗生素效力，威胁公共健康。中国多地研究显示饮用水与人体样本间 ARGs 存在较高共享度，如宁波研究发现人粪便、河水、污水等样本中 ARGs 多样性高，兰州黄河研究表明河水、自来水和人粪便样本 80% ARGs 相同，且人体肠道可能富集 ARGs，但目前对其健康风险评估尚处于起步阶段。

- 缓解策略

- 综合管理：建立 ARGs 指数用于饮用水质量控制，加强监测，提高公众意识，完善法律法规，规范抗生素生产、使用和处方，控制 ARGs 传播。如应开展更多研究评估饮用水中 ARGs 及其宿主和水平转移情况。

- 消毒优化：改进消毒工艺，减少对 ARGs 的不利影响。如氯消毒虽常用，但会增加 ARGs 丰度，需探索更有效消毒方法或组合工艺，同时研究其他影响 ARGs 的因素。

- 科学研究：深入研究 ARGs 传播和分解途径，利用现代功能宏基因组学和全基因组测序等技术识别新基因和宿主，为制定管控措施提供科学依据。

Hilal, M. G., Han, B., Yu, Q., Feng, T., Su, W., Li, X.,... & Li, H. (2023). Insight into the dynamics of drinking water resistome in China. Environmental Pollution, 322, 121185. https://doi.org/10.1016/j.envpol.2023.121185

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