抗生素与市政污水处理过程中胞外抗性基因(eARGs)的转移动态：贡献分析与宿主鉴定

本研究针对污水处理厂(WTPs)中胞内( iARGs)和胞外抗性基因(eARGs)的传播风险，通过对比抗生素废水(AWTP)和市政废水(MWTP)处理系统，首次揭示了游离态eARGs(f-eARGs)在出水中的主导地位(59.4–79.2%)及其较iARGs低4.2–4.7个数量级的转化频率，同时鉴定出包括假单胞菌(Pseudomonas)等病原体在内的广谱eARGs宿主谱系。研究证实抗生素废水通过增强氧化应激使eARGs转化活性提升2.1–14.3倍，为WTPs中抗性基因传播防控提供了新视角。

　　

抗生素耐药性正以惊人速度削弱现代医学的治疗效果，全球每年因此导致的死亡人数已逼近500万。在这场无声的公共卫生危机中，污水处理厂意外成为了抗性基因(ARGs)的"培养皿"——这里不仅有高密度的细菌群落，还有丰富的营养物质，为基因交换提供了理想温床。更令人担忧的是，这些设施每天向环境排放大量含有抗性基因的遗传物质，其中游离于细胞外的eARGs能抵抗核酸酶降解，可在环境中存留数年之久。

清华大学环境学院区域环境质量与可持续发展国家重点实验室的研究团队在《Bioresource Technology》发表的最新研究，首次系统揭示了抗生素和市政污水处理过程中胞外抗性基因的转移规律。研究人员采用荧光标记质粒RP4（携带sfgfp报告基因）追踪转化事件，结合流式细胞分选和16S rRNA基因测序，构建了从基因定量到宿主鉴定的完整分析链条。

关键实验方法
研究选取河北某β-内酰胺类抗生素生产废水处理厂(AWTP)和北京朝阳区市政污水处理厂(MWTP)作为研究对象，通过超滤离心分离技术定量胞内DNA(iDNA)、吸附态eDNA(a-eDNA)和游离态eDNA(f-eDNA)。采用qPCR检测12类ARGs和intI1基因，使用携带sfgfp的广宿主范围质粒RP4进行转化实验，通过流式细胞仪分选转化菌后进行16S rRNA测序分析宿主组成。

主要研究发现

1. 细胞内外的DNA与抗性基因组成
   市政污水进水中的iDNA和eDNA浓度均高于抗生素废水(10¹-10² ng/mL)。生物处理后iDNA和a-eDNA浓度激增至10³ ng/mL级，而f-eDNA始终维持在10² ng/mL水平。值得注意的是，出水中f-eARGs占比高达59.4-79.2%，显著高于iARGs。

2. eARGs的转化动力学
   抗生素废水使RP4质粒的转化效率提升2.1-14.3倍，这与该废水诱导的氧化应激反应和细胞膜通透性增加直接相关。不过eARGs的转化频率(10^-8-10^-7)仍比iARGs接合转移低4.2-4.7个数量级。

3. 宿主谱系特征
   eARGs的潜在宿主范围显著广于iARGs，包括假单胞菌(Pseudomonas)、不动杆菌(Acinetobacter)等条件致病菌。这些病原体展现出极强的eARGs摄取能力，在抗生素废水环境中尤为活跃。

研究启示
该研究突破了传统聚焦iARGs的局限，首次量化了eARGs在污水处理系统中的传播风险。虽然当前eARGs转化频率较低，但其在环境中的持久性和广谱宿主特性构成长期威胁。特别值得注意的是，抗生素生产过程产生的特殊废水会显著加速eARGs传播，这为制药废水处理工艺优化提供了明确方向。研究建议未来应开发针对eDNA的高效降解技术，并将eARGs监测纳入污水处理厂的常规风险评估体系。

这些发现不仅解释了抗性基因在环境介质中的传播机制，更为制定"从源头到末端"的耐药性控制策略提供了科学依据。随着抗生素生产的全球化布局，该研究对发展中国家制药集中区的环境治理具有特殊指导价值。