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消毒工艺对水体中抗生素抗性基因的去除效果

北极星环保网来源:净水技术 李金梅2018/3/12 10:13:28我要投稿
所属行业: 水处理  关键词:抗生素 污水处理 水处理工艺

北极星环保网讯:抗生素及其残留会引发抗生素抗性基因污染。抗生素抗性基因被视为一种新型的环境污染物,在环境科研领域受到广泛关注,其分布情况和传播机制成为现今研究的焦点。通过总结水环境中抗生素抗性细菌和抗性基因的分布以及消毒工艺对抗生素抗性基因的去除效果,认为氯消毒相对其他消毒方法在去除抗生素抗性基因中更经济可行,且消毒处理可以影响抗性基因的接合转移率,从而对抗性基因的水平转移起到抑制作用,并可能进一步影响到抗生素抗性基因的传播和扩散。

抗生素抗性基因(antibiotic resistance genes,ARGs)是能对抗生素产生抗性的基因,是微生物,包括病原微生物,耐药性形成和扩散的物质基础,是一类新型环境污染物。它能在微生物包括病原微生物间传播,还可从细菌、人类散播源和动物源等传播扩散到自然环境和饮用水系统中。

甚至ARGs能通过携带抗性基因的质粒等可移动遗传元件进入人体,致使抗生素疗效下降,细菌感染的治疗更加棘手。有报道世界上每年因抗结核杆菌受影响人数达50万,欧盟每年约2.5万人死于感染多重抗性细菌,美国每年约6.3万人死于医院获得性细菌感染。目前临床上使用的所有抗生素几乎都存在其抗性细菌(antibiotic resistance bacteria,ARB),甚至出现“超级细菌”,如“新德里.梅塔洛一号”(NewDelhi-Metallo-1,NDM-1)。因此,ARGs极可能引发公共健康危机。

环境中ARGs主要产生于医疗和畜牧业长期滥用或误用抗生素,从而使水体、土壤、活性污泥等环境介质成为ARB或ARGs的源和汇。目前,已有大量报道在水环境、土壤、沉积物中检测到ARGs,甚至空气中也检测到ARGs。这些ARGs可持久存在于环境中,并且在携带ARGs的微生物死亡后,释放到环境中的裸露的DNA分子最终又可通过基因重组转入其它微生物而使其具有抗性,给人类和动物安全带来潜在威胁。

特别是水环境已成为ARGs散播的重要介质,也是ARGs的重要贮存库之一。本文阐述了ARGs在水环境中的分布,总结了目前水处理工艺中消毒对ARGs的去除效果,并探讨了消毒处理对其传播扩散的影响机制。

1、ARGs在水环境中的分布及传播扩散

ARGs和ARB已被证明在地表水、市政污水、污水处理厂出水以及饮用水中普遍存在,且种类繁多,迄今已在各种水体中检测出上百种ARGs。例如在北美、欧洲、东亚和东南亚等地区的9个国家的饮用水、海水、地表水、医疗废水、化粪池及污水处理厂检测出大环内酯类(如aphA1、aphA2、aadA1)、磺胺类(如dfrA12、dfrA17、sulI)、βu内酰胺类(如blaTEM-1、blaOXA-1、blaPSE-1)、四环素类(如tetA、tetH、tetJ、tetY、tetZ)、青霉素类(如mecA、penA)和大环内酯类(如ermA、mphA)等多达50种ARGs(表1)。

一般认为水环境中的这些ARGs主要通过医疗和水产养殖废水直接进入地表水体,也可由粪便施肥使其先进入到土壤环境,再随雨水等地表径流渗透到地下水中。因此,ARGs在水环境中广泛分布,特别是污水处理厂,由于含抗生素和ARB的废水直接排入其中而富集大量ARGs,成为ARGs集聚和传播的一个重要媒介。

如Su等从污水厂分离到的98.4%的菌株对检测的抗生素具有抗性,90.6%的菌株至少对3种抗生素表现出抗性。水体环境中这些ARB和ARGs的存在不仅会威胁到饮用水安全,也可能影响到水资源的循环利用。研究发现,用淡水和处理后废水灌溉过的土壤均检测出高水平的抗生素抗性。可见,水环境中ARGs普遍存在且可能对人类健康和环境生态带来影响。

表1水环境中的ARGs

水处理工艺

ARGs主要通过垂直基因转移(vertical gene transfer,VGT)和水平基因转移(horizontal gene transfer,HGT)两种方式进行传播扩散。垂直基因转移是依靠微生物亲代之间的分裂生殖进行;水平基因转移则是ARGs通过接合(conjugation)、转化(transformation)、转导(transduction)、转座以及细菌溶源性基因转移等过程发生转移,从而使另一菌株获得抗性的过程,它是水体环境中ARGs转移扩散的重要方式。

早在20世纪40年代就有微生物水平基因转移的描述,并提出HGT的发生是由选择性压力和生物进化产生的一种普遍现象。如有研究发现携带四环素类抗性基因的质粒在大肠埃希氏菌(Escherichiacoli)和气单胞菌(Aeromonasspp.)之间进行转移,另外,还观察到耐万古霉素肠球菌(vancomycin-resistant Enterococcus,VRE)与耐甲氧西林金黄色葡萄球菌(methicillin-resistant Staphylococcus aureus,MRSA)间抗性基因转移现象。

延伸阅读:

抗生素制药废水的处理工艺探讨

抗生素“逃脱”常规处理威胁饮用水 你了解多少?

催化臭氧氧化法处理抗生素废水生化出水

城市污水处理系统中抗生素的分布及去除研究

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