【摘 要】
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目的:抗生素抗性基因(Antibiotic resistance genes,ARGs)是对抗生素产生抗性的遗传基因片段。如果这些抗性基因转移到致病菌上可能会使其变成“超级细菌”,进而使临床抗生素类药物失效,对公众健康造成潜在隐患。ARGs作为一种新型的环境污染物在水环境中分布很广泛,然而,不同水环境中的ARGs分布情况不同,现如今水环境和人肠道中ARGs相互比较的研究很少。因此本研究探索了兰州市
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目的:抗生素抗性基因(Antibiotic resistance genes,ARGs)是对抗生素产生抗性的遗传基因片段。如果这些抗性基因转移到致病菌上可能会使其变成“超级细菌”,进而使临床抗生素类药物失效,对公众健康造成潜在隐患。ARGs作为一种新型的环境污染物在水环境中分布很广泛,然而,不同水环境中的ARGs分布情况不同,现如今水环境和人肠道中ARGs相互比较的研究很少。因此本研究探索了兰州市黄河水和饮用水中ARGs的季节分布以及比较了它们与人体肠道中ARGs的差别。方法:本研究使用16S r RNA高通量测序以及高通量定量PCR技术来探索黄河水和饮用水中的ARGs和机会致病菌的季节分布,同时比较了水环境和健康人肠道中ARGs和机会致病菌的丰度以及组成,另外采用水体理化分析方法检测了水质理化指标和重金属浓度。结果:(1)无论哪个季节,黄河水中的ARGs的数量都比饮用水中的高。冬季黄河水中的ARGs的数量比其它季节都要高。而对于饮用水而言,冬季ARGs数量最低。四环素类抗生素抗性基因在大部分样本中的检出数量是最高的。冬季黄河水中ARGs的绝对丰度最高(1.80×10~8 copies/L),而饮用水中的ARGs丰度最低(9.61×10~2 copies/L)。(2)MRM分析结果显示,移动遗传元件(Mobile genetic elements,MGEs)是对黄河水ARGs群落影响最大的因素(R~2=0.336,P=0.001),其次是微生物(R~2=0.200,P=0.001)。MGEs也是对饮用水ARGs群落影响最大的因素(R~2=0.240,P=0.001),其次是季节(R~2=0.213,P=0.001)和环境因子(R~2=0.035,P=0.022)。(3)基于零模型我们计算了ARGs群落构建过程中确定性过程和随机性过程的相对百分比。随机性过程在每个季节黄河水ARGs群落构建过程中贡献都比较大(>70%)。确定性过程在饮用水ARGs群落构建过程中贡献相对较大。每个季节黄河水ARGs群落构建随机性都高于饮用水。(4)碳相关的因子(总碳(Total carbon,TC),总有机碳(Total organic carbon,TOC),总无机碳(Total inorganic carbon,TIC))相比其它环境因子与ARGs有更多的正相关关系。重金属As也和大部分ARGs有显著正关联。机会致病菌Aeromonas和Pseudomonas与一些抗性基因有显著正相关关系,说明这些致病菌有可能是某些ARGs的潜在宿主。(5)在黄河水,饮用水,人肠道粪便中共同存在的ARGs有48个亚类,占比达到了80%。这48个ARGs属于抗四环素,β-内酰胺,大环内酯林可霉素-链霉素B(MLSB),多药,万古霉素,磺胺,氨基糖苷,氯霉素和其它类抗生素抗性基因,其中四环素类抗生素抗性基因是数量最多的类别。这些在水和人肠道中共同存在的ARGs的丰度在人肠道中丰度最高,其次是黄河水,饮用水中的丰度最低。结论:(1)黄河水和饮用水中ARGs的绝对丰度和数量有不同的季节变化规律。冬季黄河水中ARGs丰度和数量最高,而饮用水最低。(2)MGEs是黄河水和饮用水中ARGs图谱最主要的驱动因子。(3)随机性过程在ARGs群落生态构建过程中发挥着主要的作用,在黄河水中随机性过程贡献更高。(4)水质指标TOC和重金属As和很多ARGs显著正相关。(5)可能携带ARGs的机会致病菌需要我们格外关注。例如:机会致病菌Aeromonas和Pseudomonas可能是某些ARGs的潜在宿主。(6)环境水样和人肠道样本中有80%的ARGs相同。饮用水中的ARGs的丰度最低,人肠道中的ARGs丰度最高。饮用水处理系统虽然可以降低水源中的某些ARGs丰度,但是并不能完全去除它们,这些基因最终在人类肠道中富集,对人类健康造成很大的隐患。本研究首次探索了黄河上游ARGs和机会性致病菌的季节分布,影响因素以及生态构建机制,同时也是首次将水环境和人肠道中的ARGs和机会性致病菌进行比较,探索了ARGs从水环境到人的可能的传播种类。总之,保护水源免受人为污染,同时改进饮用水处理措施非常重要,它们可以减少水中ARGs的传播,也有助于确保饮用水安全以及保护公众健康。
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