自然与人群典型环境中抗生素抗性基因的溯源分析

来源 :华东师范大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:yurui4010
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抗生素抗性基因(Antibiotic resistance genes,ARGs)作为一种新兴环境污染物在各类生态环境中广泛存在,但对其污染来源知之甚少,尤其是人类认知和行为活动很少涉及的一些典型环境(如深渊环境),以及和人类生活息息相关的环境(如饮用水环境)。为解析典型环境污染源,本论文收集整理了全球不同环境中584个环境样本构建溯源模型,基于溯源分析工具(Source Tracker),对深渊沉积物样本和全球8个国家/地区的饮用水样本ARGs组成进行源头鉴定;并运用可移动ARGs数据库注释了全球不同生态环境(人类粪便、动物粪便、淡水、土壤、沉积物、饮用水、海洋水、污水处理厂中活性污泥)中潜在可移动ARGs的丰度与多样性,并溯源典型环境中可移动ARGs;最后结合丰度、多样性、地域、来源类型等特征对不同环境的ARGs进行风险分级与评估。本文主要结论如下:(1)通过调研马里亚纳海沟0-10 cm不同深度的沉积物样本ARGs,共检测出16种ARGs大类和143种亚型,其丰度范围在5.2×10-3-2.7×10-2copy/cell。其中2-3 cm深度沉积物样本中ARGs多样性和丰度最高,达到81种和2.7×10-2 copy/cell。进一步溯源发现,在0-2 cm以及2-3 cm深度分别为46.1%和63.6%的人源污染。此外,在ARGs大类水平上,发现受人源污染相关环境贡献比例最大的是大环内酯类-林肯酰胺类-链阳性菌素类(MLS)ARGs,达89.9%,其次氯霉素类ARGs为59.0%、磺胺类ARGs为45.8%。在检出的143个ARGs亚型中,91%具有多个(≥2)生态环境来源;11种ARGs亚型仅来源于人为活动相关环境。(2)通过对全球8个地区用户终端饮用水中ARGs研究,共检测到19种ARGs大类和453种ARGs亚型。74%的饮用水样本中,多药类ARGs丰度最高(2.2×10-3-1.7×10-1 copy/cell)。平均ARGs丰度从高到低依次为:南非>美国>巴西>澳门>中国大陆>台湾>新加坡>香港。进一步溯源分析表明,各饮用水样本ARGs受潜在人源环境(人类粪便、动物粪便和污水处理厂)的贡献率为37.1%;394种ARGs具有多个(≥2)生态来源、48种ARGs亚型受所有生态类型贡献;9种ARGs亚型仅来源于人为活动相关环境:erm T、tet E、cfx A3、GES-1、OXA-5、OXA-13、OXA-1、LCR-1、aph(2”)-II。(3)通过对全球42个地区8个生态环境中潜在可移动ARGs的探究,共检测到414种可移动ARGs亚型,隶属于18种ARGs大类。发现潜在可移动ARGs在活性污泥(平均丰度为7.8×10-1copy/cell)和人类粪便(平均丰度为5.2×10-1 copy/cell)环境中更丰富,其中四环素类、氨基糖苷类、β-内酰胺类以及杆菌肽类ARGs在不同生态环境中广泛存在。可移动抗性基因组的溯源结果显示,自然环境各样本受人为活动相关环境(人类、动物粪便和活性污泥)的贡献比率在2.7-24.8%,其中bac A受人源相关环境(人类、动物粪便和活性污泥)的贡献最高,总和达80.2%,表明其较高人源风险。为进一步揭示可移动高风险抗性基因类型,根据基因丰度、地区和环境类型共存等分布特征,结合argranker的风险名录将样本中检出的潜在抗性基因类型划分为I-V五个风险等级,为高风险抗性基因的管控提供参考。
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