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为评估污水处理厂（WWTPs）对耐药基因（ARGs）和耐药菌（ARB）的去除效果，研究人员对比传统与先进处理工艺，发现先进工艺更有效，但仍需改进。
在当今社会，抗生素的广泛使用就像一把双刃剑，在对抗疾病的同时，也带来了日益严峻的问题 —— 抗菌耐药性（AMR）。据预测，到 2050 年，AMR 每年可能导致约 1000 万人死亡，2019 年全球就有 127 万人因此丧生。而市政污水处理厂（WWTPs），这个看似平常的设施，却成为了抗生素耐药基因（ARGs）和抗生素耐药菌（ARB）的重要 “温床”。人类和动物摄入抗生素后，大量未被完全吸收的抗生素残留在体内，随后随着排泄物进入 WWTPs。在 WWTPs 里，适宜的温度、pH 值和丰富的营养物质，为细菌的生长和繁殖创造了绝佳条件，使得 ARGs 不断增殖，ARB 也大量滋生。同时，传统的污水处理技术虽然在去除无机和有机污染物方面取得了一定成效，但对于 ARGs 和 ARB 的去除却存在明显不足，这就如同在对抗 AMR 的战场上留下了巨大的 “缺口”，导致耐药基因和耐药菌可能传播到环境中，威胁人类健康和生态平衡。
为了填补这一研究空白，来自印度阿里格尔穆斯林大学（Aligarh Muslim University）、美国弗吉尼亚理工大学（Virginia Tech）等机构的研究人员，包括 Absar Talat、Yasir Bashir 等人，开展了一项极具意义的研究。他们的研究成果发表在《Environmental Microbiome》上。
研究人员选择了位于印度阿里格尔穆斯林大学校园内的两家污水处理厂进行对比研究。一家是采用传统滴滤技术的污水处理厂（WWTPC），另一家则是结合了厌氧消化、湿地技术以及紫外线（UV）和太阳能驱动阳极氧化（AO）消毒单元的先进污水处理厂（WWTPA）。这两家污水处理厂接收相同来源的污水，为研究不同处理工艺对 ARGs 和 ARB 的去除效果提供了良好的对比条件。
在研究过程中，研究人员运用了多种先进的技术方法。首先，他们在两家污水处理厂的不同处理阶段采集了共 7 个样本，包括进水和不同阶段的出水。接着，对样本进行 DNA 提取，通过一系列复杂的操作，如利用 Covaris 进行酶切片段化，使 DNA 片段大小在 200 - 300 碱基对之间，然后进行末端修复、腺苷酸化、连接接头等步骤，构建 DNA 文库。之后，使用 Illumina HiSeq 4000 对 DNA 进行测序，获得大量的序列数据。对于这些数据，研究人员运用多种生物信息学工具进行分析，如利用 Kraken2 对微生物群落进行分类，通过 Resistance Gene Identifier（RGI） v6.0.1 来识别 ARGs，并计算其丰度（以 RPKM，即每千碱基百万 reads 数衡量）等。
下面来看具体的研究结果：
- 微生物群落分析：研究发现，在两家污水处理厂的各个处理阶段，变形菌门（Pseudomonadota，曾用名 Proteobacteria）占主导地位，并且携带了大部分的 ARGs。在不同处理阶段，微生物群落的组成和丰度存在一定变化。例如，在 WWTPC 的处理过程中，变形菌门的相对丰度在某些阶段有所下降，而拟杆菌门（Bacteriodota）和厚壁菌门（Bacillota）的含量则呈现先上升后下降的趋势。在 WWTPA 中，变形菌门在出水阶段的相对丰度相较于进水有所增加。
- 抗生素耐药基因分析：研究人员共检测到 115 种 ARGs。在进水样本中，有 58 种 ARGs，分属于 14 种不同的抗生素类别。经过处理后，WWTPC 出水中的 ARGs 减少到 46 种，WWTPA 出水中则进一步减少到 21 种。然而，尽管 ARGs 的总数有所下降，但部分 ARGs 的丰度却显著增加，如 qacL、blaOXA - 900和 rsmA 等。一些临床相关的 ARGs，如针对氨基糖苷类（AAC (6’)-Ib9、APH (3’’)-Ib、APH (6)-Id）、大环内酯类（EreD、mphE、mphF、mphG、mphN、msrE）、林可酰胺类（lnuG）、磺胺类（sul1、sul2）和 β - 内酰胺酶（blaNDM - 1）的基因，在传统和先进处理工艺中均持续存在。
- 质粒介导的 ARGs 和移动遗传元件分析：ARGs 主要由质粒介导，约 3/4 的 ARGs 由质粒携带。同时，研究人员还鉴定出多种质粒复制子和插入序列（如 IS_Pl3_3、ISPpu12 等）。整体上，WWTPA 对移动遗传元件（MGEs）的去除效果比 WWTPC 更显著。
- 毒力因子分析：在进水样本中，研究人员鉴定出 103 种毒力因子，主要来自铜绿假单胞菌（Pseudomonas aeruginosa）。在污水处理的后续阶段，毒力因子的数量在不同处理阶段有所波动，但成分基本保持一致。
- ARG - 微生物群落相关性分析：通过计算 Spearman 秩相关系数，研究人员发现微生物群落和 ARGs 多样性之间存在显著的非随机共发生关系。网络分析显示，不动杆菌属（Acinetobacter spp.）可能是多种 ARGs 的主要宿主。
- 宏基因组组装基因组分析：研究人员构建了宏基因组组装基因组（MAGs），共获得 115 个 MAGs，其中 57 个可预测到属水平的分类。在这些 MAGs 中，鉴定出 30 种独特的 ARGs，这些 ARGs 赋予了对 12 种不同药物类别的抗性。
综合研究结果和讨论部分，这项研究具有重要意义。它明确了 WWTPs 在 AMR 传播中的关键作用，强调了在污水排放到环境之前，建立完善的风险评估系统和确定 ARGs 及 ARB 含量临界值的紧迫性。研究表明，先进的污水处理工艺（如 WWTPA）虽然在去除 ARGs 和 MGEs 方面比传统工艺更有效，但仍无法完全去除所有 ARGs。这意味着还需要进一步研发能够绝对去除或显著减少持久性 ARGs 的过滤系统。同时，研究还指出，需要采用多学科方法，深入研究 ARGs、微生物群落动态、MGEs 和毒力因子（VFs）之间的复杂关系，以确定衡量 ARB 和 ARGs 过滤效果的可靠指标，从而优化 WWTPs 的运行，有效遏制 ARGs 在各个领域的扩散，为应对日益严重的抗生素耐药性问题提供了重要的理论依据和实践指导。
