生物电化学强化氯霉素废水处理过程中抗性基因的归趋及转移机制

发布时间：2020-08-14 13:04

【摘要】：抗生素的大量使用已经造成了抗生素向环境的持续排放。排放到环境中的抗生素促进了抗性细菌(Antibiotic resistance bacteria,ARB)和抗性基因(Antibioticresistance genes,ARGs)的大量传播,危害人类身体健康。在污水处理厂中,抗生素仅部分被去除,并且在生物降解抗生素的过程中产生的ARGs会进一步释放到环境中。氯霉素(Chloramphenicol,CAP)是一种广泛被使用的广谱抗生素,但它对人类有致癌和致畸作用。由于硝基和氯取代基的生物毒性,CAP很难被传统的生物废水处理过程降解。BES (Bioelectrochemical system,BES)作为一种有效的处理手段,可以利用生物阴极还原来促进氯取代基的去除,并将硝基转化为氨取代基,从而降低了 CAP的生物毒性,增加其生物降解性。BES的操作条件对ARB和ARGs的出现和丰度都会有潜在的影响。因此研究BES中ARB和ARGs的的归趋是非常重要的。ARGs的转移机制主要有两种方式:垂直转移和水平转移。但在BES处理CAP过程中ARGs的转移机制仍未可知。在本研究中,构建了 BES反应器来处理CAP废水,考察了 BES去除CAP的能力,同时确定了 BES中的ARGs的归趋。基于微生物群落(Illunima Hiseq测序结果),整合子(Class 1integronintegrase encoding gene,intI1)的丰度(实时荧光定量PCR结果)和ARGs的相关性分析结果确定了宿主菌变化和水平转移对ARGs变化的贡献,揭示了 ARGs转移机制。本研究的主要内容和结论如下:(1)本研究考察了 BES对CAP的去除效果,明确了 CAP的降解路径,并确定了在降解 CAP 过程中 CAP 抗性细菌(Chloramphenicol resistance bacteria,CRB)和 CAP 抗性基因(Chloramphenicol resistance genes,CRGs)的归趋。CAP初始浓度和阴极电势都会影响BES中CAP的去除。较低电势下(-1.25 V)没有CAP抗性的细菌活性会受到抑制,CRB被富集。在较高阴极电势下(-0.5 V)CRGs的表达被诱导。在中间的阴极电势下(-1 V) CAP可以脱氯降解,并且CRB丰度及CRGs的表达得到缓解,因此该条件可以缓和BES处理抗生素过程中产生ARGs污染。(2)在上述研究的基础上,基于微生物群落,intI1基因丰度和ARGs的相关性分析结果确定了 ARGs的变化及转移机制。不同盐度和不同电势下ARGs(除了sul1基因)变化的主要原因是宿主菌变化,而不是水平转移,说明ARGs传播主要通过垂直转移传播的。但在不同温度下ARGs宿主菌变化和水平转移共同导致了 ARGs的变化。不同条件下CAP降解不同,并且改变的微生物群落是导致CAP去除率差异的重要原因。(3)构建了电强化厌氧处理系统,考察了系统中CAP的去除规律,明晰了CAP去除过程中ARGs的归趋及其转移机制。并进一步借助微生物群落结构(Illunima测序分析)和ARGs的相关性分析确定了抗生素抗性对代谢细菌、代谢基因的影响。结果证实水平转移不是ARGs变化的主要因素,而微生物群落是ARGs (除了sul1基因)变化的主要原因。因此微生物群落改变使ARGs发生改变,从而影响代谢细菌丰度,改变了生物电强化厌氧系统性能。
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：X703
【图文】：

．２．１抗性基因作用机制逡逑微生物对抗生素的抗性机制与抗生素的作用机制是对应的，一般通过以下实现：减缓细胞摄取抗生素；主动外排；核糖体靶点修饰；通过功能酶的修用，使抗生素失活，具体机制见图１－１所示［７（）］。逡逑

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本文编号：2793070