手性抗生素对活性污泥中抗生素抗性基因传播的立体选择性影响及风险机制研究

针对手性抗生素立体构型对环境中抗生素抗性基因(ARGs)传播风险的未知影响，研究人员通过宏基因组分析，揭示了氧氟沙星(OFL)与其(S)-对映体左氧氟沙星(LEV)在活性污泥(AS)中差异性的抗性选择机制。发现LEV通过毒性胁迫富集氨基糖苷类ARGs和致病菌，而OFL通过增强基因移动性(MGEs)、重金属共选择(BMRGs)和宿主范围扩大等多元途径加剧环境风险，为评估手性抗生素的立体选择性生态效应提供新依据。

　　

抗生素滥用导致的抗性基因扩散已成为全球公共卫生危机，而污水处理厂(WWTPs)作为抗生素、病原体和重金属的汇集地，更是抗性基因传播的"热点区域"。令人惊讶的是，占临床用药60%以上的手性抗生素，其不同立体构型对环境影响的研究却长期空白。氧氟沙星(OFL)这一常用氟喹诺酮类抗生素，其消旋体与高效(S)-对映体左氧氟沙星(LEV)在环境中可能呈现截然不同的生态行为，但二者对活性污泥微生物组抗性基因谱的立体选择性调控机制始终成谜。

为破解这一科学难题，天津某高校联合深圳科研团队在《Bioresource Technology》发表重要成果。研究采用宏基因组技术，模拟医院废水高浓度环境，系统比较OFL与LEV对活性污泥中抗性基因(ARGs)、移动遗传元件(MGEs)、重金属抗性基因(BMRGs)和毒力基因(VGs)的差异性影响。通过抗生素抗性组风险指数(ARRI)量化评估环境风险，首次揭示手性抗生素构型与抗性传播的分子关联。

关键技术包括：1) 基于ARGs-OAP流程的宏基因组抗性基因分析；2) 抗性基因宿主追踪技术；3) 共现网络分析抗性基因-移动元件-微生物关联；4) 抗性组风险指数(ARRI)量化模型。实验采用中国天津某市政污水处理厂的活性污泥样本，建立模拟反应器体系。

【Higher relative abundance of ARGs under LEV pressure】
研究发现LEV处理组ARGs总丰度(0.16 copies/16S rRNA)低于对照组，但特异性富集氨基糖苷类和大观霉素抗性基因。宏基因组箱分析显示，LEV通过选择性压力促进放线菌门(Actinobacteria)和拟杆菌门(Bacteroidetes)中携带黏附相关毒力因子(VFs)的致病菌增殖，形成"毒性-抗性"耦合传播模式。

【OFL-driven ARG proliferation involved more diverse mechanisms】
OFL处理展现出更复杂的抗性调控网络：① 显著增加转座酶(intI1)和质粒(rep基因)丰度，使35.7% ARGs与移动元件共定位；② 引发重金属(Cu、Zn)抗性基因(BMRGs)与ARGs的共选择效应；③ 扩大抗性基因宿主范围至12个门，包括γ-变形菌纲等潜在病原体；④ 促进生物膜形成相关毒力基因(VGs)表达，增强细菌定植能力。

【Antibiotic resistome risk index (ARRI) assessment】
通过构建ARRI指数(整合ARGs丰度、移动性、宿主致病性等参数)，量化显示OFL处理组环境风险值达0.68，显著高于LEV组(0.43)。证实消旋体通过多元协同作用产生更严重的抗性扩散风险。

该研究首次系统阐明手性抗生素立体构型对抗性传播的差异化调控机制：LEV主要通过毒性胁迫驱动特定ARGs-致病菌耦合传播，而OFL通过"四位一体"机制(基因移动+金属共选择+宿主扩张+毒力增强)形成更复杂的抗性网络。这一发现为精准评估手性药物环境风险提供新范式，对污水处理厂优先管控高风险的抗生素构型具有重要指导价值。研究建立的ARRI模型为量化环境抗性风险提供创新工具，其揭示的立体选择性效应为研发低生态风险的抗生素对映体提供理论依据。