城市景观娱乐水体人类细菌病原菌多样性及风险研究

发布时间：2020-03-26 15:12

【摘要】：城市景观娱乐水体是水传性病原微生物的重要生存环境和传播介质,其微生物风险与公众健康密切相关。然而,目前对城市水体中人类细菌病原菌多样性检测、分布特征、风险水平及来源解析的研究匮乏。本研究以北京市景观娱乐湖泊及常州市15条城市河流为研究对象,利用本研究优化改进的基于16S rRNA基因高通量测序技术检测细菌病原菌多样性的方法,并结合qPCR技术,研究了城市水体中的病原菌多样性、时空分布特征、风险水平及潜在来源,并分析了原位生态净化/修复措施对细菌病原菌水平的潜在影响,为城市水体微生物安全管理提供研究基础。本研究改进了基于16S rRNA基因高通量测序技术检测细菌病原菌多样性的方法,通过集成涵盖145个属、303种病原菌种的数据库,选择更优化的区域,将各属菌种序列分辨比例平均提高22.7%,提升了已有数据库的全面性和准确性。对北京城市景观娱乐湖泊病原菌多样性研究发现,水中主要检出Acinetobactor johnsonii、Aeromonas spp.等环境病原菌。结合qPCR定量检测Escherichia coli、Salmonella和三种环境病原菌Aeromonas spp.等,发现它们普遍存在,其中34.8%的水样中检出所测4种病原菌基因(E.coli除外)。微生物定量风险评估发现划船、玩水、喂鱼等娱乐活动中Salmonella、Mycobacterium avium、Pseudomonas aeruginosa的年感染风险大多高于美国环保署推荐限值0.032,其中儿童玩水感染风险最高。针对常州市河流研究发现,水中检出的潜在病原菌多样性与丰度明显高于北京景观娱乐湖泊,尤其是肠道病原菌,共检出Arcobacter spp.和Bacteroides spp.等16种。结合qPCR对12种重要病原菌定量检测,发现河水普遍受肠道病原菌污染,Arcobacter cryaerophilus、Campylobacter jejuni、Enterococcus faecalis大量检出,且普遍高于其他研究报道的地表水水平。同时,A.johnsonii、Acinetobacter lwoffii和Aeromonas spp.等环境病原菌检出丰度也较高,与湖泊中优势环境病原菌种类、丰度相近。城市河流生态修复设施(人工浮岛)生物膜中检出多种病原菌,且多数(9/12)病原菌的丰度高于或近似于河水;景观湖泊人工湿地系统显著增加了水中Aeromonas spp.的浓度,表明原位修复/净化设施可能是水体中多种病原菌的贮存库。城市河流中微生物源解析结果表明污水直排带入人类粪便很可能是肠道病原菌的主要输入途径。肠道病原菌水平大多与人源微生物标记物显著相关,但与水质无确定关系,建议在管理中通过病原菌源解析或直接监测确定污染水平及风险。
【图文】：

路线图,路线图,研究技术

研究技术路线图

参考序列,病原菌,测序,情况

4 章）以 Illumina 测序常用的 V4 可变区（约 250 bp）为目标片段，到近期（第 5至 7 章）延长为覆盖 V3 和 V4 两个可变区（约 460 bp），增加了测序长度。为了明确优化的效果，本研究对 23 个属的数据库中参考序列的 V34 区和 V4 区对病原菌种的区分效果进行比较，如图 3.1-3.3 及表 3.3 中各属菌种间分辨率的比较，结果显示 V34 区在所研究各属中比 V4 区对菌种的分辨率均有所提高，平均提高 22.7%（±16.7%），尤其是在 Aeromonas、Mycobacterium、Acinetobacter、Legionella、Staphylococcus、Yersinia 等属中分辨率有明显提升，更有利于准确筛选潜在病原菌。因此，通常为了获得群落结构信息只对 V4 区进行测序，是不能满足病原菌多样性检测要求的，，要尽可能选用更长的片段比如 V34 区进行测定。其次，测序深度关系到数据产生量，与测序成本有关。Illumina 测序平台的另个特点是大大增强了数据量产生的效率，即所谓高通量。随着技术的发展和成本的降低，适当增加测序深度对病原菌多样性结果的全面性有利。因此，本研究把测序深度从通常选取的平均 4-5 万条/样（第 4 章），增加为平均 10 万条/样（第 5章），甚至更高，可以提高测序方法对低丰度条带的检出灵敏性，约为 2-3 倍。
【学位授予单位】：清华大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：R126.4

【参考文献】