污水排放影响微生物群落并促进抗生素抗性基因的水平转移过程

世界范围内，污水处理厂的污水排放对周遭环境的微生物群落都会造成重要影响，污水中含有的可移动遗传原件（MGEs），抗生素抗性基因（ARGs）,以及具有抗性的微生物（ARBs）会伴随污水释放入外界环境中，这其中会对外界环境造成什么样的影响？

研究设计

美国密歇根湖沿岸两个污水处理厂

分别记为MTP和STP

Result

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为了检验这些一样的基因是否是由于污水处理厂排放污水的影响，研究者从密歇根湖的其他位点进行了取样检测，在距离排放口100-200km的位点，未检出一样的基因，这说明污水排放对远距离的位点微生态影响有限。

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污水处理厂出水对密歇根湖底沉积物中微生物群落构成的影响。基于宏基因组组装结果进行物种注释，基于门和属水平开展分析，发现污水排放对物种的门水平变化影响不大，但有一些物种随距离变化在沉积物中的丰度会显著性降低，另有一些随距离增加，相对丰度会更高的物种，如下表(属水平)：

在MTP及STP样本中，有一些共有的随距离变化丰度下降的物种， 如：Helicobacteraceae, Legionellaceae, Moraxellaceae及Neisseriacea等微生物类群，另外，在MTP和STP中也分别有各自独特的变化微生物类群。

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污水排放及下游沉积物中有一些物种与致病性相关，所以研究中分析了污水排放与致病性微生物类群的毒力因子：虽然研究鉴定了毒力相关基因，在排水下游位点中有毒力相关基因存在，但在密歇根湖中部，未发现与排放的污水中一致的毒力相关基因。

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污水处理厂出水对抗生素耐药性组成及丰度的影响：从两个污水处理厂中共检测出16个抗生素抗性基因（ARGs）类群（下图A），两个处理厂中检测到的ARGs类别相似，但MTP组中丰度较STP组中高一倍。除了dfeE和strA基因外，其他ARGs可编码多种抗性相关泵。

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ARGs分布研究表明越靠近排水口，ARGs的丰度越高。并且距离排水孔越远，湖泊沉积物的ARGs构成越不相同（下图）。这表明，污水通过排放影响了周边环境的ARGs构成。

此外，如果ARGs位于质粒上，则很容易通过基因水平转移（HGT）的方式扩散到其他个体中。比对研究发现污水处理厂的污水中，ARGs位于质粒上的比例均较高，下游湖泊沉积物中也发现了广泛扩散性的ARGs，相较于湖中心的位点（LMS），排水孔周围的沉积物中ARGs分布比例更高（下图）。

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研究中针对抗性基因微生物的分布开展评估，以评价那些微生物会携带抗性基因通过水平转移的方式进行扩散。令人惊讶的是，底泥样本中大多微生物都携带有ARGs，并且在污水和底泥样本中均广泛分布，如Proteobacteria和Cyanobacteria。但也有一些抗性基因，如strA,会被不同类型的微生物携带——如MTP污水样本中，它多见于Proteobacteria, Bacteroidetes及Actinobacteria；但在MTP的底泥样本中，则分布于Cyanobacteria和Proteobacteria，反而在Actinobacteria中不存在。

参考文献

Metagenomics reveals the impact of wastewater treatment plants on the dispersal of microorganisms and genes in aquatic sediments. Applied and Environmental Microbiology, 2018.