日本城市污水系统监测揭示抗生素及耐药菌流行现状与空间分布特征

本研究通过日本某城市33个污水管网采样点的系统性监测，创新性地采用污水流行病学方法(WBE)揭示了城市尺度下抗生素耐药菌(ARB)的分布规律。团队在2022-2024年间定量分析了ESBL-EC(产超广谱β-内酰胺酶大肠杆菌)和CPE(碳青霉烯酶肠杆菌科)等关键耐药菌的浓度特征，结合全基因组测序(WGS)发现blaCTX-M-27等新型耐药基因，首次证实污水管网监测比传统污水处理厂(WWTPS)更能精准反映社区耐药负担，为公共卫生防控提供新策略。

　　

抗生素耐药性已成为21世纪最严峻的公共卫生挑战之一。随着多药耐药菌如产超广谱β-内酰胺酶大肠杆菌(ESBL-EC)和碳青霉烯酶肠杆菌科(CPE)的蔓延，人类正面临"后抗生素时代"的威胁。传统临床监测存在样本局限性和滞后性，而污水处理厂(WWTPS)监测又难以追溯耐药菌的地理来源。在这一背景下，日本研究团队在《Water Research》发表的研究开创性地将监测节点前移至城市污水管网，通过多学科交叉方法绘制了耐药菌的精细分布图谱。

研究团队在2022-2024年进行了三轮采样，覆盖日本某城市7个排水系统的33个管网节点和5个下游WWTPS。采用选择性培养法定量五种耐药表型大肠杆菌(包括AMP-EC氨苄西林耐药株、ESBL-EC等)，结合LC-MS/MS检测12种抗生素残留，运用GIS技术关联土地利用类型，并通过全基因组测序解析了257株ESBL-EC和CPE的分子特征。

Occurrence of antibiotic-resistant E. coli in sewers and WWTPs
研究发现污水管网中总大肠杆菌浓度达10⁵-10⁷ CFU/100mL，其中AMP-EC占比最高(中位数1.6×10⁶ CFU/100mL)。关键发现是管网与WWTPS的耐药谱高度一致，但管网监测能捕捉更细微的空间差异，如住宅区耐药菌浓度显著高于工业区(p<0.05)。

Relationships between antibiotic-resistant E. coli and land-use zones
空间分析揭示耐药菌分布与城市功能区显著相关：ESBL-EC浓度与住宅区面积占比呈正相关(r=0.52)，而与工业区呈负相关。这一发现首次量化证实了社区人口密度对耐药菌传播的影响。

Occurrence of antibiotics in sewers
左氧氟沙星(levofloxacin)和磺胺甲恶唑(sulfamethoxazole)的检出浓度与ESBL-EC存在显著正相关，提示这两类抗生素的社区使用可能驱动耐药性发展。

Genetic characteristics of ESBL-EC and CPE
全基因组测序发现ESBL-EC以ST38和ST131型为主，携带bla_CTX-M-14和bla_CTX-M-27基因；CPE中bla_NDM-5型大肠杆菌占主导。特别值得注意的是，在拉乌尔菌(Raoultella ornithinolytica)中鉴定出bla_GES-63和bla_GES-64两个全新耐药基因变体，拓展了对环境耐药基因库的认知。

这项研究开创了城市尺度耐药菌监测的新范式，证实污水管网监测能实现三大突破：(1)比传统WWTPS监测更早发现耐药菌流行趋势；(2)精准定位高耐药负担社区；(3)识别新型耐药基因的潜在发源地。研究揭示的住宅区-工业区耐药差异为针对性干预提供了科学依据，而发现的bla_GES新变体则警示需要加强环境耐药基因的进化监测。该成果不仅为公共卫生部门制定区域化防控策略提供了技术支撑，也为理解抗生素耐药性在人类活动-环境-微生物组间的传播规律提供了重要线索。