2024-10-20
文章題目：Antibiotic resistance in European wastewater treatment plants mirrors the pattern of clinical antibiotic resistance prevalence 期刊：SCIENCE ADVANCES 發表時間：2019年3月 01、研究背景 耐藥菌（ARB）能夠在一種或多種抗生素作用下存活。這些耐藥菌不僅降低了傳染病治療的成功率，還給人類健康帶來了巨大的社會及經濟負擔。ARB及其抗性基因正在全球范圍內迅速傳播，涉及人類、食物、動物、植物以及環境（如土壤、水和空氣）等多個領域。世界衛生組織（WHO）發布的抗微生物藥物耐藥性全球行動計劃旨在全面應對這一挑戰，目標是在所有與人類相關的領域，包括環境層面，共同應對抗生素耐藥性問題。監測和評估控制措施，并確定抗生素耐藥性在地理或時間上的發展趨勢，對于理解其對人類健康的影響至關重。盡管目前的臨床監測工作已經能提供大量關于抗生素耐藥性分布的信息，但對于環境中抗生素耐藥性的相關數據仍然匱乏。因為用于人類、動物或食品的程序不適用于環境樣本，所以實施可靠的環境抗生素耐藥性監測工作將面臨極大的挑戰。城市污水處理廠（UWTPs）已成為抗生素耐藥性從人類活動傳播到環境（如淡水、土壤）的重要途徑之一。 根據2017年的EAR-NET監測報告，2013年至2016年間，歐洲整體呈現出自北向南、自西向東的抗生素耐藥性梯度分布趨勢。在這個梯度中，抗生素耐藥性逐漸增強，特別是針對革蘭氏陰性菌。本研究旨在初步勾勒出抗生素耐藥性的總體狀況，并借助當地的定期監測計劃，進行更為嚴謹的比較分析，以識別出可能由特定事件或地區特征引起的異常現象。 02、研究思路 污水采樣和收集：七個歐洲國家（葡萄牙、西班牙、愛爾蘭、塞浦路斯、德國、芬蘭和挪威），HAC：葡萄牙，西班牙，塞浦路斯，愛爾蘭；LAC：德國， 芬蘭，挪威。2015年初秋和2016年初春的三次采樣活動中收集城市污水樣本。在無菌燒瓶中收集1-2L的體積，并在4oC下保存。所有樣本都遵循相同的采樣方法、樣品處理和DNA提取方案。 DNA提取與處理：所有廢水樣品，通過無菌濾膜(孔隙率0.22 nm)，保存至- 80℃。根據PowerWater DNA試劑盒說明書，提取樣本DNA。每份樣本重復提取3次，以作備份，DNA被運送到密歇根州立大學。 Qpcr 陣列：除qPCR陣列包含384對引物集外，增加了16S rRNA、blaCTX-M、blaOXA、blaSHV、blaTEM、blaVIM、mecA、qnrSrtF11、sul1、tetM、vanA、mcr-1和intI1引物。qPCR陣列使用微流控SmartChip多樣品納米分點器將384個引物組和樣品點樣至5184反應孔芯片。所有實驗樣本使用相同384對引物，均進行3次技術重復。 03、數據分析 用于選擇用于分析的qPCR陣列數據的質量標準：(i)至少有兩個重復的樣品，(ii) DNA含量大于5 ng的樣品，(iii) Ct≤27的定量。因為沒有獲得每個基因的校準曲線，qPCR陣列定量分析不支持基于每體積水的基因豐度的估計。然而，利用16S rRNA拷貝數，可以得到目的基因相對拷貝數。也可以使用內參基因和感興趣基因的CT值計算其相對豐度，2(Ct reference gene – Ct target gene)。 04、結果展示 圖1：HAC和LAC進入物基因相對豐度。（A）抗生素抗性基因（B）可移動遺傳因子。相比LAC國家而言，HAC國家大多數耐藥類別相對豐度較高。可移動遺傳因子差異也比較明顯，和抗生素豐度相反，LAC 國家比HAC相對豐度高。 圖2：HAC和LAC流出物基因相對豐度。（A）抗生素抗性基因（B）可移動遺傳因子。流出物基因豐度結果顯示，抗生素抗性基因和可移動遺傳因子，HAC相對豐度顯著較高；注:由于對進水廢水取樣的限制，缺少愛爾蘭的數據。 圖3：HAC和LAC國家之間，進水和出水之間ARG平均流行率的差異（正值表示減少，負值表示增加，*表示HAC和LAC減少值在統計上有顯著差異）。在所有國家，觀察到萬古霉素耐藥基因在治療后略有富集，有時從低于檢測限的水平轉變為可量化的水平。此外，LAC國家，磺胺抗性基因略有富集。 圖4：評估臨床環境與所研究UWTP最終流出物之間可能存在相關性。結果顯示，幾種ARGs的相對豐度與大腸桿菌、肺炎克雷伯菌、銅綠假單胞菌或金黃色葡萄球菌臨床分離株的表型耐藥發生率顯著相關。 05、總結 這是歐洲首次對廢水進行全面的抗生素耐藥性監測。雖然本次研究對象是歐洲地區少量的污水處理廠，但通過統一的標準進行南北梯度分析，我們的結論得到了有力的支撐。這些發現不僅揭示了臨床和環境抗生素耐藥性的緊密聯系，也提醒我們在制定應對策略時，應充分考慮社會和氣候等多方面因素，例如氣溫和降雨量。本研究揭示了監測對于抗菌素耐藥性防護的必要性。傳統的糞便檢測方法或許并不能準確評估廢水樣本中的耐藥水平。這項深入研究的又一項精彩成果就是我們有可能創造出更為簡潔且經濟實惠的監測方案。這些方案在大量數據的有力支持下，將能成為全球廢水抗生素耐藥性監測的有力基石。
