综述：城市水循环中从水源到回用的抗菌素耐药基因传播机制解析

这篇综述系统解析了城市水循环(UWC)中抗菌素耐药基因(ARGs)的传播规律，指出污水处理厂(WWTP)和合流制溢流(CSOs)是主要污染源，揭示了UWC使质粒携带ARGs比例从2.23%激增至49.51%、高风险ARGs从0.25%升至5.07%的放大效应，提出了基于噬菌体疗法的靶向控制策略，为保障水质安全和实现可持续发展目标(SDGs)提供了新思路。

　　

城市水循环中的ARGs传播图谱

Abstract
抗菌素耐药基因(ARGs)威胁生态系统和人类健康，直接影响联合国可持续发展目标3（良好健康与福祉）。定量和宏基因组数据显示，城市水循环(UWC)显著放大ARGs传播，其中质粒介导的ARGs从～2.23%增至～49.51%，高风险ARGs从～0.25%升至～5.07%。

1. 饮用水源与处理过程中的ARGs转移
   2.1 水源中的低风险ARGs
   全球饮用水源检测到480种ARGs亚型，以mfd、sul1、dfrE等为主。黄河检测到679种ARGs亚型，长江检测到2195种，但大多属于低风险且水平转移(HGT)潜力有限。

2.2 水处理工艺的双刃剑效应
传统工艺（混凝-沉淀-砂滤）可降低ARGs绝对丰度1.25 log，但消毒过程使相对丰度增加：臭氧处理使β-内酰胺酶ARGs从0.82±0.05 copies/cell升至1.24±0.04 copies/cell。管网系统中铜绿假单胞菌等机会致病菌携带ARGs增殖，使终端自来水检出265种ARGs亚型。

1. 生活污水与处理厂的ARGs转化
   3.1 污水作为ARGs热区
   全球污水核心耐药组包含mphE、msrE、tetA等13种ARGs，其中26.4%-59.2%由质粒携带。多重耐药粪大肠菌在污水处理厂出水的耐药率高达90%。

3.2 污水处理厂的筛选效应
虽然A²/O+二沉池可去除1 log ARGs，膜生物反应器(MBR)去除率达0.6-5.6 log，但出水中仍残留1.0×10³-9.5×10⁵ copies/mL的ARGs，且质粒携带比例升至62%-66%。

1. 再生水与受纳环境的ARGs扩散
   4.1 排放口的基因污染
   污水处理厂出水使下游500米河段ARGs丰度翻倍，其中ermB和qnrS等高风险ARGs持续检出。在上海长江段，再生水贡献率从1998年8%升至2014年14%。

4.2 气候变化的加剧效应
暴雨导致的合流制溢流(CSOs)使河道ARGs骤增，10mm降雨需6-11小时恢复，20mm降雨时高浓度持续24小时。

4.3 人工湿地的净化潜力
北京白河湿地夏季可去除89.2%的ARGs，但对bla_ECM-1等特定ARGs有富集现象。

1. ARGs控制解决方案
   建议将噬菌体疗法与CRISPR/Cas9系统结合，针对WWTP关键节点实施精准控制。工程化噬菌体可特异性裂解携带ARGs的宿主菌，而Cas12a重组酶扩增技术可实现ARGs快速检测。

2. 未来展望
   需建立全球UWC基因组数据库，重点研究：
   • 全流程ARGs标记物识别
   • HGT风险量化模型
   • 噬菌体-宿主互作机制
   • 高风险ARGs靶向清除技术

3. 结论
   UWC使ARGs传播风险呈数量级放大，亟需发展基于分子监测和生物控制的综合治理策略，为可持续水系统构建提供理论支撑。