水环境中抗生素耐药性的科学研究前沿、环境健康风险评估和控制阻断策略
发布时间：2021-07-20 20:54
水环境是抗生素耐药性传播的关键节点.然而,对水环境中耐药基因的来源、迁移和归趋仍缺乏深入的科学研究.对于已具备抗生素耐药基因暴露水平的环境,如何进行环境健康风险评估仍缺乏基本框架和精准模型.此外,控制阻断策略的制订和实施也缺少全局性布局.本文将聚焦上述三方面,以水环境为主,探讨环境抗生素耐药性的科学研究前沿、环境健康风险评估和控制阻断策略.科学前沿包括:（1）耐药基因的主要选择压力——抗生素的标准检测体系与共享基础数据库的建立;（2）水环境中抗生素的迁移转化和生物可利用性;（3）耐药基因在污水处理厂生态系统中的转移和扩散;（4）探索耐药基因暴露水平研究的标准化方法:宏基因组学和高通量q PCR;（5）耐药基因水平转移和环境传播的关键可移动遗传元件;（6）耐药基因的基因组大数据深度挖掘和机器学习.环境健康风险评估需区分两种风险,即抗生素治疗失效的风险和耐药基因在环境中传播的风险.耐药性的防控阻断涉及多学科联动,需要临床医学、生态学、农学、药学、环境科学与工程、教育学等多方共同努力.应从"卫生一体化"（One Health）的全局出发,优先在关键排放源等节点上加大防控投入,以有效阻断抗生素...
【文章来源】：科学通报. 2020,65(24)北大核心EICSCD
【文章页数】：12 页
【部分图文】：
典型环境样品中耐药基因的赋存状态.(a)50个环境样品中抗生素耐药基因的丰度分布(单位:ARGs拷贝数/16S-rRNA基因拷贝数);(b)不同类型环境样品间抗生素耐药基因总丰度比较[8]
认识环境中耐药基因的传播媒介并阐明其在环境中的传播机制,是提出有效的耐药基因污染控制阻断措施的必要前提.从污染源排放出来的耐药基因的主要载体是人源菌群(以人类肠道菌为主)和动物源菌群(以动物肠道菌为主),这些耐药基因排放到环境之后会在抗生素和其他环境因子(例如重金属、消毒剂等)的选择压力下被选择和富集(图2)[27],并通过水平基因转移传递给环境土著菌.环境土著菌作为耐药基因的环境赋存载体又有机会通过水平转移机制将选择后的耐药基因重新传递给人类或动物肠道菌,甚至致病菌(包括人类致病菌、动物致病菌和人畜共患致病菌),此类高风险性耐药基因给人类造成潜在的健康威胁.由可移动遗传元件介导的环境土著菌-人类致病菌/动物致病菌/人畜共患致病菌之间的耐药基因水平基因转移机制以及高风险耐药菌在环境-动物-人之间的传播机制,是需要高度关注和深入研究的重点.1.6 耐药基因的基因组大数据深度挖掘和机器学习
抗生素耐药性的风险主要包括两种类型:(1)医疗上抗生素治疗失效的风险;(2)耐药基因在环境中传播和转移的风险.人类会通过饮用水、食物或通过直接接触一些特定环境而暴露于耐药细菌和耐药基因,从而导致医疗上抗生素治疗失效的风险.这种风险的层级除了取决于暴露水平,还取决于其他一些因素,如携带耐药基因的宿主、暴露途径和致毒因子等.目前针对耐药基因和耐药菌的环境风险评价尚缺乏定量模型,故无法评估复杂环境样品体系中耐药基因的风险,但普遍的共识是:除了耐药基因的种类和丰度水平,还需要了解这些耐药基因的宿主是否为致病菌[29],以及是否与一些可移动遗传元件关联共存.前者可以直接决定抗生素治疗失效的风险,而后者会影响一个耐药基因在环境中传播和转移的机率,从而间接决定抗生素治疗失效的风险.鉴于此,基于长读长的三代基因测序是极为有效的手段(图4),可以准确鉴定耐药基因的携带宿主及其所处的遗传元件定位,从而可用来帮助科研人员评估抗生素耐药基因的风险层级[23].一些环境污染控制工程单元和再生水/固废处置环节,如制药废水生物处理反应器、城市污水生物处理反应器、污泥作为土壤改良剂和肥料、再生水回灌等,都会在某种程度上增加耐药基因在环境中传播和转移的风险[30～33].除此之外,近年来也有报道指出,一些非抗生素类污染物如重金属[34]和合成化合物如三氯生[35]均可被活性污泥或生物膜吸附,通过共选择机制形成对耐药基因的选择压力而促进了耐药基因的富集、转移和扩散.因此,在评估耐药基因环境健康风险时,除了考虑耐药基因的种类、丰度水平、可移动性、耐药基因宿主种类及致毒因子,还需要综合考量该环境体系中共存的重金属污染物和其他合成化合物等可形成耐药基因选择压力的因素影响.此外,各因素所占权重如何合理确定亦是构建环境健康风险评估定量模型的难点.
【参考文献】：
期刊论文
[1]生产过程中抗生素与抗药基因的排放特征、环境行为及控制[J]. 张昱,杨敏,王春艳,田哲. 环境化学. 2015(01)
本文编号：3293583
【文章来源】：科学通报. 2020,65(24)北大核心EICSCD
【文章页数】：12 页
【部分图文】：
典型环境样品中耐药基因的赋存状态.(a)50个环境样品中抗生素耐药基因的丰度分布(单位:ARGs拷贝数/16S-rRNA基因拷贝数);(b)不同类型环境样品间抗生素耐药基因总丰度比较[8]
认识环境中耐药基因的传播媒介并阐明其在环境中的传播机制,是提出有效的耐药基因污染控制阻断措施的必要前提.从污染源排放出来的耐药基因的主要载体是人源菌群(以人类肠道菌为主)和动物源菌群(以动物肠道菌为主),这些耐药基因排放到环境之后会在抗生素和其他环境因子(例如重金属、消毒剂等)的选择压力下被选择和富集(图2)[27],并通过水平基因转移传递给环境土著菌.环境土著菌作为耐药基因的环境赋存载体又有机会通过水平转移机制将选择后的耐药基因重新传递给人类或动物肠道菌,甚至致病菌(包括人类致病菌、动物致病菌和人畜共患致病菌),此类高风险性耐药基因给人类造成潜在的健康威胁.由可移动遗传元件介导的环境土著菌-人类致病菌/动物致病菌/人畜共患致病菌之间的耐药基因水平基因转移机制以及高风险耐药菌在环境-动物-人之间的传播机制,是需要高度关注和深入研究的重点.1.6 耐药基因的基因组大数据深度挖掘和机器学习
抗生素耐药性的风险主要包括两种类型:(1)医疗上抗生素治疗失效的风险;(2)耐药基因在环境中传播和转移的风险.人类会通过饮用水、食物或通过直接接触一些特定环境而暴露于耐药细菌和耐药基因,从而导致医疗上抗生素治疗失效的风险.这种风险的层级除了取决于暴露水平,还取决于其他一些因素,如携带耐药基因的宿主、暴露途径和致毒因子等.目前针对耐药基因和耐药菌的环境风险评价尚缺乏定量模型,故无法评估复杂环境样品体系中耐药基因的风险,但普遍的共识是:除了耐药基因的种类和丰度水平,还需要了解这些耐药基因的宿主是否为致病菌[29],以及是否与一些可移动遗传元件关联共存.前者可以直接决定抗生素治疗失效的风险,而后者会影响一个耐药基因在环境中传播和转移的机率,从而间接决定抗生素治疗失效的风险.鉴于此,基于长读长的三代基因测序是极为有效的手段(图4),可以准确鉴定耐药基因的携带宿主及其所处的遗传元件定位,从而可用来帮助科研人员评估抗生素耐药基因的风险层级[23].一些环境污染控制工程单元和再生水/固废处置环节,如制药废水生物处理反应器、城市污水生物处理反应器、污泥作为土壤改良剂和肥料、再生水回灌等,都会在某种程度上增加耐药基因在环境中传播和转移的风险[30～33].除此之外,近年来也有报道指出,一些非抗生素类污染物如重金属[34]和合成化合物如三氯生[35]均可被活性污泥或生物膜吸附,通过共选择机制形成对耐药基因的选择压力而促进了耐药基因的富集、转移和扩散.因此,在评估耐药基因环境健康风险时,除了考虑耐药基因的种类、丰度水平、可移动性、耐药基因宿主种类及致毒因子,还需要综合考量该环境体系中共存的重金属污染物和其他合成化合物等可形成耐药基因选择压力的因素影响.此外,各因素所占权重如何合理确定亦是构建环境健康风险评估定量模型的难点.
【参考文献】：
期刊论文
[1]生产过程中抗生素与抗药基因的排放特征、环境行为及控制[J]. 张昱,杨敏,王春艳,田哲. 环境化学. 2015(01)
本文编号：3293583
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/huanjinggongchenglunwen/3293583.html
