消毒工艺对水体中抗生素抗性基因的去除效果

其中，HGT对ARGs通过水传微生物进行传播扩散起到重要作用。正是由于水平基因转移的存在致使ARGs不仅可以在水体环境中从亲代传递给子代，还可以在同种属或不同种属微生物间进行基因传递。甚至在细菌、真菌、病毒和真核生物基因组均观察到基因的水平转移。因此，水体环境中ARGs的存在及其通过水传微生物的转移扩散给人体健康和水的生物安全性带来隐患。

ARGs作为新型的环境污染物在水环境中可通过水传微生物进行散播。研究发现，在水处理过程中水传微生物携带ARGs不仅会使水体中ARGs的浓度增加,还可能进入到水源水和给水系统。Zhang等已在饮用水系统中广泛检测到ARB和ARGs，也有报道在大型给水厂中检测到9个种或属的ARGs且出现较高丰度。

而参与城市水循环的地表水更是扩散致病微生物和ARGs的重要载体之一。因此，如何有效去除和控制水环境中的ARGs需要重点关注。而消毒是杀灭水中对人体健康有害的致病微生物的重要方式，可防止通过饮用水传播疾病。也是生活饮用水安全、卫生的最后保障。特别是氯消毒因其具有经济和高效的特性，因而被广泛应用于废水和饮用水消毒。

2、消毒对ARGs和(或)ARB丰度的影响

消毒通常可以降低出水中的细菌总量，从而对ARGs的削减起到一定作用。但对ARGs的去除效果还会受消毒方式等影响。目前，国内外使用的消毒方法包括化学消毒法（如卤素消毒剂、臭氧和过氧乙酸等）、物理消毒法（如膜过滤截留微生物）和光化学消毒法（如紫外线）以及电化学消毒法。

广泛应用的主要有氯消毒、二氧化氯消毒、臭氧杀菌和紫外线照射及氧化消毒等，尽管这些消毒方法一般都能在水处理过程中去除部分ARB或ARGs，但在污水处理厂的出水中它们的检出率仍然较高，且相对总量和种类在出水中变化不大(表2)，甚至出现ARGs相对丰度升高现象。

例如氧化和UV消毒对ARGs的去除几乎没有效果，对少数ARGs去除率能达到1~2个数量级，但氯消毒对ARGs的去除可以达到2~3个数量级，而消化处理、人工湿地及其它非消毒处理对ARGs的去除最多达到1个数量级。

由于ARGs的去除率不仅受消毒方法的影响，还会受到细菌携带抗性类型、消毒剂量和多种消毒方法结合使用等多种因素影响，因此很难明显降低或彻底清除ARGs污染。如Xu等用高通量定量PCR检测不同水处理工艺的给水厂出水时发现两给水处理厂经消毒处理的出水中ARGs的相对丰度都提高了。

因为一般的给水厂或污水厂处理过程基本没有专门针对去除ARGs而设计的工艺，且水体中ARGs的含量还可能受补给、水量、季节变化、用途及流经地区等因素影响，因此物理法、化学法和生物法对ARGs的去除效果并不明显。由于目前消毒工艺对ARB和ARGs的控制效应数据也还较少，所以难以提出较有效的方法和途径来遏制ARGs的散播。

表2不同处理方法对ARB、ARGs的去除效果

3、消毒对ARGs水平转移的影响机制

消毒可对细菌的接合效率产生作用而影响到ARGs水平转移。如Guo等发现低UV剂量（达到8mJ/cm2）对接合转移频率能产生影响，但影响很小，而低氯消毒剂量（达到40mgClmin/L）能明显提高接合转移的频率2到5倍，同时发现高剂量的UV（>10mJ/cm2）或氯消毒（>80mgClmin/L）下ARGs转移的频率均相对降低。

Lin等也对UV和氯处理对ARGs的转移率进行了研究，发现UV和低水平氯消毒处理都能降低接合效率。表现为当UV剂量（5~20mJ/cm2）逐渐增加时，转移率逐渐降低，而氯消毒处理时，转移率没有变化（氯剂量为0.05~0.2mg/L）或转移率较低甚至低于检出限（氯剂量为0.3~0.5mg/L）。可见，UV和氯剂量较低对ARGs的水平转移几乎没有影响，当UV剂量在10~20mJ/cm2随着剂量的增加能使ARGs的转移率逐渐降低。

消毒对ARGs水平转移影响的具体机制有：

一是通过降低供体细菌的存活率，从而降低接合转移率；二是使细胞渗透性发生变化。研究发现氯消毒产生的氯胺能刺激细菌改变细胞渗透性，使接合细胞的表面会出现更多的菌毛，提高ARGs的接合转移率，从而促进ARGs的水平基因转移；三是抑制相关转移基因的表达。

如在较低余氯（0.05~0.2mg/L）可能对鞭毛基因(flagellargene，flgC)、膜外蛋白基因（anoutermembraneporingene,ompF）和DNA转移相关的基因（aDNAtransport-relatedgene,traG）的表达产生抑制，从而降低水平基因转移率；四是通过集聚不同质粒、插入序列和整合子，从而提高ARGs水平基因转移的发生。

如Shi等在给水厂发现ampC、aphA2、blaTEM-1、tetA、tetG、ermA和ermB基因氯消毒后发生了富集，并通过宏基因组分析认为饮用水氯化处理确实能富集多种ARGs，同时质粒、插入序列和整合子等与ARGs的水平转移相关的可移动遗传元件也会发生集聚。

可见，消毒处理时消毒剂的类型及剂量对ARGs的水平转移能起到促进作用也可能产生抑制，同时，消毒时间也会对其产生影响。并且，消毒处理对ARGs和可移动遗传元件的富集作用也能进一步促进ARGs的水平基因转移。

4、总结与展望

研究发现，ARGs污染通过HGT进行传播扩散对我们人类和动物的影响甚至远远超过抗生素残留本身产生的影响。因为基因污染不同于一般环境污染物，其具有遗传性且一旦散播到环境中难以控制和消除，对人类和生态环境的影响将是长期的和不可逆的。

因此，如何有效预防和降低其转移扩散带来的环境影响是一项重要课题。本文分析了水环境中ARGs的广泛分布，指出水体已成为ARGs汇聚和扩散的重要介质，发现消毒在水处理中对ARGs的去除能起到一定作用，但效果不明显，甚至会出现消毒处理后ARGs相对丰度升高现象，即消毒能降低ARGs的绝对量，但相对丰度会增加。

并认为消毒能通过影响细菌的接合效率、使细胞渗透性发生变化和抑制相关转移基因的表达以及对ARGs和可移动遗传元件富集而对ARGs的水平转移产生作用。表现为UV剂量低于20mJ/cm2时，对ARGs的水平转移影响较小，甚至出现降低水平基因转移率；而氯消毒剂量达到40~80mgClmin/L时，能对ARGs的水平转移起到促进作用。

目前，针对水环境中ARGs的去除，较多已有的研究只是检测水环境中消毒后ARB或ARGs的丰度变化，很少报道消毒对水环境中ARGs去除影响的具体机制。虽然也有关于多种消毒方法对ARGs去除的对比及机制探讨，但还是难以很好揭示水中较高的ARB或ARGs比例，特别是在实际消毒过程中消毒及其副产物对ARGs的作用规律仍需进一步探究。

另外，对于不同环境介质中ARB、ARGs及可移动遗传元件的检测与表征大体包括传统微生物培养法和分子生物学方法，但相关采样、数据分析和结果表达等需要进一步建立和完善，使其更加标准化和系统化，也方便在不同方法和实验室条件下对所得研究结果进行比较。

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