堆肥化处理对畜禽粪便中四环素类抗生素及抗性基因控制的研究进展

随着四环素类抗生素在畜禽养殖中的广泛应用,畜禽粪便已成为四环素类抗生素和抗性基因的重要富集位点,其未经处理直接施用具有潜在的生态环境和人类健康风险。堆肥化处理可有效消减畜禽粪便中的四环素类抗生素,并且对抗性基因的扩散和传播具有一定的控制效果。本综述比较了不同的堆肥化工艺对粪肥中四环素类抗生素消减的效果,并重点讨论了其微生物降解机理,总结了堆肥化处理对粪肥中四环素抗性基因消减的研究进展,进一步讨论了堆肥化处理过程中抗性基因变化的微生态机理与控制策略,最后提出了采用热水解等预处理工艺去除抗生素压力和采用厌氧堆肥化工艺增强抗性基因控制的技术建议,以及从动态的角度采用高通量的检测技术来解析抗性基因消减机制的研究策略建议。     

活性污泥抗生素抗性基因研究进展

抗生素抗性在全球范围内的传播扩散严重威胁人类健康。活性污泥是污水处理系统重要的处理工艺,同时也是抗生素抗性及其发生水平基因转移的一个重要储库和热区。目前,随着研究手段和技术的不断更新,活性污泥中抗生素抗性的研究不断增加,但是仍有许多科学问题亟待解决。本文主要针对活性污泥抗生素抗性的5个主要方面进行深入讨论:(1)活性污泥中抗性基因的丰度和分布的影响因素;(2)污泥抗性基因的研究方法;(3)活性污泥抗性基因的传播与扩散;(4)污泥中抗性基因环境风险评估;(5)研究展望。本综述在活性污泥抗生素抗性研究基础上,阐述了驱动抗生素抗性扩散的基本微生物生态过程研究进展,旨在为污水处理工艺的发展和优化及抗性基因控制政策的制定提供科学基础。     

土壤噬菌体及其介导的抗生素抗性基因水平转移研究进展

土壤中抗生素耐药性的扩散对全球的公共卫生和食品安全造成威胁,严重挑战人类感染类疾病的预防与治疗。噬菌体介导的抗生素抗性基因(ARGs)的水平转移是环境中抗性基因扩散的重要机制。但是,噬菌体对土壤环境中抗性基因传播的贡献尚未见报道。本文综述了土壤环境中噬菌体的分布特征与影响因子,总结了纯化和富集土壤噬菌体的主要研究方法;同时阐述了土壤环境中噬菌体介导抗性基因水平转移的作用机制等相关研究进展,并提出了土壤噬菌体研究领域尚未解决的一些科学问题。本综述将有助于进一步深入理解噬菌体在抗性基因水平传播中的重要生态角色,为制定相关管理政策以减缓抗生素抗性基因污染问题提供基础。     

土壤中抗生素的环境风险及污染土壤的生物修复技术

抗生素的广泛使用导致其在环境中普遍存在,所引发的抗性基因问题已对全球公共卫生构成重大威胁。土壤是环境中抗生素的重要汇,抗生素暴露会对土壤生物带来危害,甚至会间接对人体健康造成潜在风险,因此需采取有效手段修复抗生素污染的土壤。文中综述了抗生素对土壤植物表型生长指标、土壤动物生理特征及群落分布、微生物群落组成与功能的影响,以及抗生素抗性基因在土壤生物间的传播风险等;总结了利用耐受土壤植物、动物、微生物以及其互作关系修复抗生素污染土壤的潜力与前景,指出了已有土壤中抗生素环境风险和生物修复研究中尚存在的问题,展望了未来的研究方向。     

土壤生态系统中抗生素抗性基因与星球健康:进展与展望

土壤-植物系统是抗生素抗性基因(简称抗性基因)从环境向人类传播扩散的一个重要途径,是环境抗性基因人群暴露的主要来源.通过对土壤-植物系统中抗性基因的研究,可以明确抗性基因在土壤生物中的分布及其传递,分析抗性基因食物链传递的风险及其规律,从而为控制抗性基因污染提供理论依据,保障人类健康.同时,其对于维护星球健康也具有重要的价值.本文总结了土壤(包括土壤动物肠道)和植物微生物组中抗性组的重要研究进展,强调了抗性基因流在土壤-植物系统中的流动给土壤生态系统带来的环境风险,最后提出了通过管理土壤-植物系统中的抗性基因流以保障星球健康的方案,并对未来研究进行了展望.     

蝇蛆肠道微生物菌群对猪粪残留抗生素的降解及抗性基因的影响

【目的】过度使用抗生素作为动物饲料添加剂,导致畜禽粪便已成为抗生素抗性基因的主要蓄积库,为了研究蝇蛆(Musca domestica)对猪粪中残留抗生素及抗性基因的影响,本文动态采集了实际农场条件下蝇蛆转化过程中猪粪堆体及虫体样本。【方法】利用q PCR、液相色谱-电喷雾质谱、同位素内标法、Illumina高通量测序以及局部相似性研究蝇蛆生物转化过程中残留抗生素降解效能及相关抗性基因组变化的微生物生态机制。【结果】6 d周期内,猪粪中四环素、土霉素、金霉素、强力霉素、磺胺嘧啶、诺氟沙星、氧氟沙星、环丙沙星以及恩诺沙星等9种残留抗生素含量显著下降,累积减量为34.3%–58.1%,每日减量百分比介于7.8%–57.4%之间。猪粪中共检测到的158种抗性基因,其中有118种大幅衰减,衰减量平均达79.3%;23种抗性基因存在富集现象,富集倍数平均为3.48。在蝇蛆肠道的作用下,粪源微生物群落中Bacteroidetes相对丰度下降,Proteobacteria相对丰度增加,尤其是Ignatzschineria增幅最大。网络分析发现,抗性基因的增减与微生物群落的变化显著相关,与抗性基因衰减相关的微生物主要属于Clostridiales和Bacteroidales,而与抗性基因富集相关的微生物主要为Alcaligenaceae、[Weeksellaceae]及Bacillales。【结论】蝇蛆可有效削减猪粪中的残留抗生素及防控抗性基因向环境扩散。     

畜禽粪便中抗生素抗性基因的分布特征及消减技术研究进展

随着集约化畜禽养殖业的不断发展,兽用抗生素的长期使用导致畜禽粪便抗生素抗性基因污染日益严重,对生态环境和人类健康造成严重危害。如何有效消减畜禽粪便中的抗生素抗性基因成为当前研究热点。本文系统总结了畜禽粪便中抗生素抗性基因的产生途径、分布和影响因素,并阐述了好氧堆肥、厌氧消化及其强化工艺消减畜禽粪便抗生素抗性基因的研究进展,根据现有工艺研究存在的问题展望了今后的重点研究方向,为畜禽粪便中抗生素抗性基因的消减提供理论基础和技术支撑。     

高风险四环素抗性基因在人工湿地中分布和去除的季节变化

畜禽养殖废水是抗生素抗性基因(ARGs)的重要贮存库,环境风险不容忽视。本研究考察了夏、冬两季养猪废水中高环境风险四环素抗性基因(TRGs)在水平潜流人工湿地中的分布和去除情况,通过外源添加四环素(TC)和铜离子(Cu²⁺)探究了养猪废水中抗生素与重金属单一和复合污染对湿地出水中TRGs丰度的影响。结果表明: 养猪废水中3种高环境风险TRGs(tetM、tetO、tetW)均有检出,人工湿地可有效消减废水中的TRGs,夏、冬两季时出水中TRGs的绝对丰度较进水分别降低1.1～2.4和1.7～2.9个数量级。TRGs在湿地土壤中的丰度呈现出水端低于进水端、植物非根际低于根际、冬季低于夏季的特征。与对照相比,养猪废水中TC、Cu²⁺单一和复合污染在夏、冬两季均会导致湿地出水中TRGs相对丰度的增加。人工湿地作为一种生态处理工艺可用于控制畜禽养殖废水中的ARGs向环境中扩散。     

环境抗生素抗性基因研究进展

抗生素耐药性及其在全球范围内的传播已成为国际关注的热点。本文结合最新文献,综述了抗生素抗性基因在环境中的来源、传播、分布以及新型抗性基因的发现等方面的研究进展。环境中抗生素抗性基因的来源主要是环境中细菌的内在抗性基因及随人或动物粪便排到体外的抗性细菌。功能宏基因组学技术的应用极大地丰富了人们对抗生素抗性组学的认知,并已从环境中筛选到多种新型抗性基因。近年来,由于抗生素在医疗以及养殖业中的大量使用,增加了抗性基因在环境中的丰度和多样性,加速了抗性基因在环境中的传播,在多种环境介质(如养殖水域、污水处理厂、河流、沉积物和土壤等)均检测到多种高丰度的抗生素抗性基因。我们建议今后在以下方面开展深入研究:(1)抗性基因传播和扩散的机制;(2)新型抗性基因筛选和抗性机制;(3)抗生素和抗性基因环境风险评估体系等。     

环境微生物的抗生素抗性和抗性组

环境和医疗实践中广泛存在的细菌抗生素抗性已经成为食品安全和人类健康领域的主要威胁。近年来的研究表明,病原菌主要通过水平基因转移而不是基因突变获得抗性,大量的研究支持病原微生物抗生素抗性基因的环境来源。系统论述了环境微生物抗生素抗性起源、进化及病原菌抗性基因与环境抗生素抗性组相互之间的交叉传播和水平转移机制,介绍了近年来环境微生物抗生素抗性组生态和进化生物学研究的最新进展和方法学应用。     

抗生素耐药基因在畜禽粪便-土壤系统中的分布、扩散及检测方法

抗生素耐药基因作为一种新型的环境污染物已引起研究者的高度关注。畜禽养殖业长期将抗生素添加到饲料中,在促进动物生长、预防和治疗动物疾病等方面起了重要作用。这些抗生素大多数不能被动物完全吸收,在动物肠道中诱导出耐抗生素细菌和抗生素耐药基因,并随着粪便排出体外。畜禽粪便作为重要的抗生素、耐抗生素细菌和抗生素耐药基因储存库,通过堆粪、施肥等农业活动进入土壤环境中,可刺激土壤中耐抗生素细菌和抗生素耐药基因的富集。耐药基因借助于基因水平转移等方式在土壤介质中进一步传播扩散,甚至进入植物中随食物链传播,对生态环境和人类健康造成极大的威胁。为了正确评估抗生素耐药基因的生态风险,本文结合国内外相关研究,系统阐述了畜禽粪便-土壤系统中抗生素耐药基因的来源、分布及扩散机制,同时探讨了细菌耐药性的主要研究方法,指出堆肥化处理仍是目前去除抗生素耐药基因的主要手段,并对今后的研究方向进行展望。     

Research progress on distribution,migration, transformation of antibiotics and antibiotic resistance genes (ARGs) in aquatic environment

Antimicrobial and antibiotics resistance caused by misuse or overuse of antibiotics exposure is a growing and significant threat to global public health. The spread and horizontal transfer of antibiotic resistant bacteria (ARB) and antibiotic resistance genes (ARGs) by the selective pressure of antibiotics in an aquatic environment is a major public health issue. To develop a better understanding of potential ecological risks die to antibiotics and ARGs, this study mainly summarizes research progress about: (i) the occurrence, concentration, fate, and potential ecological effects of antibiotics and ARGs in various aquatic environments, (ii) the threat, spread, and horizontal gene transfer (HGT) of ARGs, and (iii) the relationship between antibiotics, ARGs, and ARB. Finally, this review also proposes future research direction on antibiotics and ARGs.     

污水处理厂中四环素和磺胺类抗生素抗性基因的分布、传播及去除

近年来,抗生素滥用造成的抗性基因(ARGs)污染问题引起了人们的关注.四环素及磺胺类抗生素由于价格低廉被广泛使用,大量残留的四环素和磺胺通过各种途径进入污水处理厂,并进一步导致ARGs的污染.为深入了解四环素和磺胺类ARGs的污染及治理现状,本研究对污水处理厂中四环素和磺胺类ARGs的分布情况及传播机制进行了综述,并重点讨论了不同污水处理工艺对ARGs的去除效果.在此基础上,从加大污水处理厂ARGs污染调查、改进污水处理工艺以及探讨ARGs传播机制等方面进行了展望.     

Abundance of Antibiotic Resistance Genes in Bacteriophage following Soil Fertilization with Dairy Manure or Municipal Biosolids,and Evidence for Potential Transduction

Animal manures and municipal biosolids recycled onto crop production land carry antibiotic-resistant bacteria that can influence the antibiotic resistome of agricultural soils, but little is known about the contribution of bacteriophage to the dissemination of antibiotic resistance genes (ARGs) in this context. In this work, we quantified a set of ARGs in the bacterial and bacteriophage fractions of agricultural soil by quantitative PCR. All tested ARGs were present in both the bacterial and phage fractions. We demonstrate that fertilization of soil with dairy manure or human biosolids increases ARG abundance in the bacterial fraction but not the bacteriophage fraction and further show that pretreatment of dairy manure can impact ARG abundance in the bacterial fraction. Finally, we show that purified bacteriophage can confer increased antibiotic resistance to soil bacteria when combined with selective pressure. The results indicate that soilborne bacteriophage represents a substantial reservoir of antibiotic resistance and that bacteriophage could play a significant role in the horizontal transfer of resistance genes in the context of an agricultural soil microbiome. Overall, our work reinforces the advisability of composting or digesting fecal material prior to field application and suggests that application of some antibiotics at subclinical concentrations can promote bacteriophage-mediated horizontal transfer of ARGs in agricultural soil microbiomes.     

抗生素抗性基因的生态风险研究进展

自抗生素被发现和使用以来,其在人类和动物疾病预防与治疗、提高动物生产等方面均发挥了重要作用。但抗生素的批量生产及大量应用,特别是在养殖业和临床医疗上的滥用,导致抗生素抗性基因(ARGs)在环境中普遍存在,其借助质粒、转座子、整合子等可移动元件通过接合、转座、转化等方式在环境中广泛传播,导致微生物药性不断增强,对人类健康和生态安全造成严重威胁。当前,ARGs对人类健康的影响已受到高度关注,但有关ARGs在环境中的生态风险研究还相对薄弱。本文综述了ARGs污染的现状及其生态风险,并对该领域中未来研究重点进行了展望,以期为今后抗性基因的研究和生态防控提供参考。     

水平基因转移介导抗菌素耐药性传播机制的研究进展

近几十年来,病原菌耐药性的出现和蔓延已上升为严峻的公共卫生问题。越来越多研究表明,抗菌素抗性基因(antibiotic resistance genes,ARGs)不仅仅见于临床所分离的病原体,而是包括所有的致病菌、共生菌以及环境中的细菌,它们都能在可移动遗传元件和噬菌体的作用下,通过水平基因转移(horizontal gene transfer,HGT)途径获得耐药性,进而形成抗菌素耐药基因簇(耐药基因组)。HGT可导致抗菌素的耐药性在环境共生菌和病原菌之间传播扩散,这可通过临床上一些重要的抗菌素耐药基因的传播证实。传统观念认为HGT的三种机制中,接合对ARGs的传播影响最大,最近研究表明转化和转导对ARGs播散起到不可忽视的作用。通过深入了解耐药基因组的传播及其在动员病原菌耐药中发挥的作用,对于控制这些基因的播散是至关重要的。将讨论耐药基因组的概念,提供临床相关的抗菌素抗性基因水平基因转移的例子,对当前已研究的促使抗菌素耐药性传播的各种HGT机制进行回顾。     

抗生素抗性基因在环境中的传播扩散及抗性研究方法

抗生素在医药、畜牧和水产养殖业的大量使用造成了环境中抗性耐药菌和抗性基因日益增加,抗生素抗性基因作为一种新型环境污染物引起人们的广泛关注.本文综述了近年来国内外有关抗生素抗性基因的研究进展,其在水、土壤、空气等环境介质中和动,植物体内的传播扩散,以及开展环境中抗生素抗性基因研究的必要性,重点介绍了有关抗生素抗性（包括抗性细菌和抗性基因）的研究方法,指出抗性基因研究中存在的问题,并对未来的相关研究进行了展望.     

Bacterial community assembly and antibiotic resistance genes in soils exposed to antibiotics at environmentally relevant concentrations

Understanding how bacterial community assembly and antibiotic resistance genes (ARGs) respond to antibiotic exposure is essential to deciphering the ecological risk of anthropogenic antibiotic pollution in soils. In this study, three loam soils with different land management (unmanured golf course, dairy-manured pasture, and swine-manured cornfield) were spiked with a mixture of 11 antibiotics at the initial concentration of 100 and 1000 μg kg⁻¹ for each antibiotic and incubated over 132 days, mimicking a scenario of pulse disturbance and recovery in soils, with unspiked soil samples as the control treatment. The Infer Community Assembly Mechanisms by Phylogenetic-bin-based null model (iCAMP) analysis demonstrated that drift and dispersal limitation contributed to 57%–65% and 16%–25%, and homogeneous selection 12%–16% of soil bacterial community assembly. Interestingly, antibiotic exposure to 1000 μg kg⁻¹ level significantly increased the contribution of drift to community assembly, largely due to the positive response from Acidobacteria-6 in the golf course and pasture soils and from Chthoniobacteraceae in the cornfield soil to the antibiotic exposure. However, ARG abundance and diversity in the three soils exhibited antibiotics-independent temporal fluctuations, but were associated with the changes in soil bacterial communities over time. This study provides the first insight into the relative contributions of different bacterial community assembly processes in soils upon antibiotic exposure at environmentally relevant concentrations.     

How are local fish communities structured in Brazilian semiarid headwater streams?

The spread of antibiotic-resistant bacteria is a threatening risk for human health at a global scale. Improved knowledge on the cycle of antibiotic resistance spread between human and the environment is a major requirement for the management of the current crisis. Compared to the well-studied cycle in clinical settings much less is known about the factor allowing their persistence in the environment. In fact, lakes and rivers exposed to high anthropogenic impact seem to become long-term reservoirs for resistance genes. The presence of antibiotic resistance genes (ARGs) within the resident microbiome of large subalpine lakes (i.e. Lake Geneva, Lake Maggiore) has recently been investigated in both the water column and the sediment. These studies suggest a correlation between the abundance of some ARGs and the anthropogenic impact. Within the system, however, abiotic factors and the food-web structure determine the survival of specific bacterial genotypes and thus the resistance genes they harbour. Thus, a growing body of work suggests an important role of ecological interactions in the persistence or elimination of such genes from the environment. This article reviews the current literature regarding the presence of ARGs in subalpine lakes, the impact of anthropogenic pollution on their appearance and the potential role of various ecological interactions on their persistence in the system.