文章信息
第一作者：高方舟 博士
https://doi.org/10.1016/j.envint.2024.109239
亮点
• 污染物降解抗性病原菌的富集突显了垃圾填埋场中的环境选择压力。
摘要
城市垃圾填埋场是微生物耐药性（AMR）的热点环境，同时也是污染物降解细菌的重要栖息地。然而，填埋场中抗生素抗性基因（ARGs）的高度多样性阻碍了对受影响环境中AMR风险的评估。更值得关注的是，在这些极度污染的环境中，是否存在抗生素抗性细菌与污染物降解细菌的协同选择或富集，仍然了解甚少。本研究收集了来自中国22个城市垃圾填埋场的32个原始渗滤液样本和45个固体废物样本的宏基因组数据集。研究探索了抗生素抗性组、抗生素抗性细菌以及污染物降解细菌，并将其与其他环境类型进行了比较。结果显示，填埋场中的抗生素抗性组包含1,403种ARG亚型，其总丰度超过自然环境的水平，并达到人类粪便和污水中的水平。其中，基于在填埋场中的富集程度、可移动性以及在病原体中的存在等标准，有49种亚型被列为未来监测的首要ARGs。通过与污染较轻的河流环境进行比较，研究揭示了填埋场中具有污染物降解潜力的抗生素抗性细菌的富集现象。Pseudomonadaceae、Moraxellaceae、Xanthomonadaceae和Enterobacteriaceae的细菌最值得关注，因为72.2%的ARG宿主归属于这些科。Klebsiella pneumoniae）、Acinetobacter nosocomialis和Escherichia coli是原始渗滤液中丰富的多重耐药性致病菌（约占总微生物群的10.2%），但它们很少携带污染物降解基因。值得注意的是，属于Pseudomonadaceae的几个细菌属相比其他细菌表现出了更高的抗生素抗性、致病性以及污染物降解潜力。总体而言，这些发现突出了污染物降解抗生素抗性病原体的环境选择作用，并为城市垃圾填埋场中的AMR风险提供了重要见解。
研究结果
分别有121、444、130和200个MAGs携带塑料、持久性有机污染物（POPs）、芳香族和烷烃降解基因，涵盖了7个门的54个科（图6a）。他们总体上占MAGs总数的14.3%。其中，45个塑料降解MAG、131个POPs降解MAG、93个芳香族降解MAG和86个烷烃降解MAG至少含有一种ARG。塑料降解基因主要涉及PCL、聚羟基烷酸酯、聚羟基丁酸酯-共戊酸酯和PET。POPs降解基因主要涉及滴滴涕、多氯联苯、全氟辛酸和全氟辛烷磺酸。碳氢化合物降解基因主要涉及联苯、原儿茶酸酯、邻苯二酚和苯甲酸酯。值得注意的是，携带ARG的MAGs中有很大一部分也携带污染物降解基因，其中20个携带所有污染物降解基因类别的MAGs来自Pseudomonadaceae。
Enterobacteriaceae、Moraxellaceae、Pseudomonadaceae和Xanthomonadaceae是最值得关注的耐药病原菌（图6b）。它们在固体废物中的总相对丰度明显高于渗滤液中的相对丰度。在Pseudomonadaceae中，Pseudomonas_A不携带塑料降解基因，但携带POPs和碳氢化合物降解基因，其中一半还携带DDT降解基因。Pseudomonas_C携带的POPs和碳氢化合物降解基因比其他属少，只有P. caeni和P. sp012719655携带塑料降解基因。大多数Pseudomonas_D携带PET、PCL和碳氢化合物降解基因，而携带POPs降解基因的MAGs比例较低。大多数Pseudomonas_E和Pseudomonas_H携带污染物降解基因，而Pseudomonas_K不携带。相比之下，除Moraxellaceae的Psychrobacter属外，属于其他三个科的大多数MAGs都没有携带塑料降解基因。
主要结论
在这项研究中，我们系统地阐明了城市垃圾填埋场中多样化的抗生素耐药性，并强调了49种ARG亚型是受影响环境中未来风险评估的首要ARG。由于大部份耐药病原菌属于Proteobacteria，我们建议将最受关注的病原菌缩小到科水平的Enterobacteriaceae、Moraxellaceae、Pseudomonadaceae和Xanthomonadaceae，以及种水平的K. pneumoniae、A. nosocomialis和E. coli。我们应该提防到耐药菌和污染物降解菌在这些极度污染的环境中的共选择和富集，特别是Pseudomonadaceae的细菌属，因为它们中的许多与致病性密切相关。总的来说，这项研究的结果为城市垃圾填埋场的AMR发展提供了重要的启示。
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