医院污水中细菌的多样性、丰度和抗性基因的研究

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背景:
  抗生素耐药是二十一世纪最严重的公共卫生问题之一,抗生素的广谱耐药对人类的健康及生态环境已构成了潜在的威胁。抗生素的过度使用或滥用是导致耐药性扩散的主要原因。耐药细菌、医疗废物中的抗生素以及患者体内残留的抗生素,均可排入医院污水系统,因此,医院污水因富集大量的细菌和抗生素在耐药细菌和抗性基因传播中起着重要作用。然而,国内对医院污水中的细菌种类和抗性基因研究还相对较少,因此对医院污水中的细菌多样性、丰度和抗性基因的研究是非常有必要的。
  方法:
  本课题选择一家144个病床的医院,以该院污水样本作为研究对象,在2018年6月至11月期间,每个月采集5次未经处理的污水,每次1L,共6个月30份污水样本。采集的样本在4℃条件下离心,取沉淀,于-80℃保存。利用16SrDNA和宏基因组学测序技术对样本中的细菌进行多样性、丰度和抗性基因研究;同时统计该院2018年临床细菌培养结果和抗生素耐药信息。
  结果:
  1.2018年该院临床共分离培养致病菌27种,104株细菌,其中丰度前五名的细菌为:大肠埃希菌(35%)、肺炎克雷伯菌(14%)、金黄色葡萄球菌(11%)、铜绿假单胞菌(6%)、奇异变形杆菌(6%),其中多重耐药的细菌分别为:大肠杆菌(72.2%)、奇异变形杆菌(66.7%)、铜绿假单胞菌(66.7%)、金黄色葡萄球菌(41.7%)、肺炎克雷伯菌(26.7%),其余细菌多重耐药率小于10%。
  2.在30份医院污水样本中,16SrDNA测序获得的细菌种群有:46个门,103个纲,145个目,185个科,303个属。在46个门中,以变形杆菌门(Proteobacteria)为绝对优势门,其次是拟杆菌门(Bacteroidetes)、放线菌门(Actinobacteria)、厚壁菌门(Firmicutes)。分别以Alpha多样性代表生态系统物种的多样性,Beta多样性代表不同样品间的微生物群落物种构成差异性。我们结果的Alpha多样性表明医院污水的物种多样性高,Beta多样性各月份组间差异性大,差异有统计学意义(P值<0.05)。宏基因组测序发现,医院污水共有1573种细菌和885种抗性基因。大肠埃希菌是在医院污水和临床致病菌中丰度最高的病原菌。使用Spearman秩相关系数分析发现,污水中大肠埃希菌与抗性基因(AAC(6)-30/AAC(6)-Ib,acrD,acrF,baeR,cmlA5,CRP,emrA,marA,patA,pmrF)成正相关(Spearmansρ>0.8,P值<0.05),其中acrF,baeR,CRP,marA为多重耐药抗性基因,涉及到抗生素种类为β内酰胺酶类、氨基糖苷类、大环内酯类、喹诺酮类、四环素类与临床分离的大肠埃希菌多重耐药表型相符。
  结论:
  医院污水细菌物种有较高的多样性和丰度,并随着时间的变化而变化。宏基因组学技术在抗性基因方面的研究有明显的优势,检测医院污水中抗性基因可能有助于指导临床抗生素的合理使用。
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