首次将肠噬菌体应用于监测波兰北部温带波罗的海地区的粪便污染情况

《International Journal of Hygiene and Environmental Health》：First application of enterophages for monitoring faecal pollution in the temperate Baltic region of Northern Poland

肠道噬菌体丰度及其作为粪便污染指示菌的潜力在波兰温带地区污水处理厂的研究。采用ISO标准化的双层琼脂平板法检测了两组污水样本中肠道噬菌体、大肠杆菌噬菌体及肠球菌等指标菌的分布特征，发现肠道噬菌体在原始污水中浓度较高（4.8×103–2.6×10? PFU/100 mL），经处理后显著降低（17–58 PFU/100 mL），且与温度（正相关）和磷酸盐浓度（正相关）存在显著相关性。比较显示传统指示菌大肠杆菌和肠球菌丰度更高，但噬菌体对动物源和非人类源污染物的特异性更佳。研究证实肠道噬菌体可作为区分人类粪便污染的补充指标，但需结合长期监测和分子检测方法优化应用。

　　水是维持地球各国稳定的关键资源，不仅对人类的基本健康和卫生至关重要，还影响着自然生态系统的维持，以及农业、工业、旅游、运输等各项生产活动。因此，水体污染对人类健康和生态环境构成了重大威胁。水污染的来源多种多样，包括污水处理厂、农业活动带来的营养物质和农药、以及工业排放的污染物。其中，人和动物粪便中的病原微生物是水污染的重要来源之一，如果管理不当，这些微生物可能会通过污水排放进入水体，进而对公共健康和生态环境造成危害。由于直接监测多种致病微生物在技术上复杂且成本高昂，因此通常采用粪便指示菌（FIB）来评估水质，如大肠杆菌和肠球菌。然而，这些指示菌在自然水体和污水处理厂中的可靠性受到了质疑，因为它们与人源病毒之间的相关性较弱，且在环境中的存活率较低，同时它们广泛存在于所有温血动物的粪便中，无法有效区分人源和动物源的污染。

为了解决这些问题，研究者提出了使用细菌病毒（噬菌体）作为替代的粪便污染指标。某些噬菌体因其形态和生存特性与肠道病毒相似，被广泛研究用于监测水体污染。例如，能够感染肠道细菌的噬菌体通常被分为四类：（1）溶菌性大肠杆菌噬菌体（somatic coliphages），（2）F特异性大肠杆菌噬菌体，（3）能够感染拟杆菌属（Bacteroides spp.）的噬菌体，以及（4）较为罕见的肠球菌噬菌体（Enterococcus spp. phages）。这些噬菌体具有不同的特性，如宿主特异性、环境耐受性和生存能力，这使得它们在微生物源追踪（MST）中具有潜在应用价值。

在这些噬菌体中，肠球菌噬菌体（enterophages）因其与人类粪便污染的密切关系而受到关注。肠球菌是人和动物肠道中的常见细菌，其中一些种群如大肠埃希菌（E. faecalis）和肠球菌（E. faecium）常被用作人源污染的指示菌。由于肠球菌噬菌体能够特异性感染这些宿主，因此它们可能成为追踪人类粪便污染的有效工具。然而，关于肠球菌噬菌体的研究主要集中在热带和亚热带地区，如波多黎各、葡萄牙和泰国等，而在温带气候区的研究则相对较少。本研究首次在波兰北部的普默尼亚地区（Pomerania）的两个污水处理厂（GW-WWTP和DW-WWTP）中评估了肠球菌噬菌体在原始和处理后的污水中的丰度，这些污水处理厂服务的人口约为120万。

研究结果表明，肠球菌噬菌体在原始污水中存在，但其形成的斑块比大肠杆菌噬菌体小，这给检测带来了挑战。尽管如此，研究发现肠球菌噬菌体在两种污水处理厂的原始污水中普遍存在，但其浓度远低于大肠杆菌和肠球菌，这与全球其他研究结果一致。此外，肠球菌噬菌体在处理后的污水中浓度显著下降，这表明它们可能作为检测未经处理污水污染的潜在指标。在原始污水中，肠球菌噬菌体的丰度较高，尤其是在春季和夏季，这可能与温度变化有关，而处理后的污水中则显示出更小的波动范围。

研究还发现，肠球菌噬菌体的丰度在不同污水处理厂之间存在差异，GW-WWTP的原始污水中肠球菌噬菌体的丰度显著高于DW-WWTP。这种差异可能与污水处理厂的规模、服务人口以及采样方法有关。GW-WWTP的采样方法是从即时取样口采集样本，而DW-WWTP则采用24小时比例混合采样法，这可能导致样本在分析前的存储时间不同，进而影响检测结果。此外，研究还发现肠球菌噬菌体与某些化学参数如正磷酸盐（orthophosphates）之间存在显著的正相关关系，而与镍（Ni）浓度存在负相关。这些化学参数的变化可能与污水的来源、处理过程以及环境条件密切相关。

本研究的结果表明，肠球菌噬菌体在处理后的污水中丰度较低，这可能与其在处理过程中的去除或失活有关，从而支持其作为检测未经处理污水污染的潜在工具。然而，进一步的研究需要比较肠球菌噬菌体与处理后的污水中发现的肠道病毒（如柯萨奇病毒、轮状病毒和诺罗病毒）的丰度，以验证其作为可靠指示菌的潜力。此外，由于肠球菌噬菌体在温带气候条件下的研究较少，因此未来的研究应关注其在不同季节和环境条件下的存活性和稳定性，以优化其在环境监测中的应用。

研究还指出，尽管肠球菌噬菌体在温带气候下的应用潜力，但其在实际监测中的应用仍面临一些挑战。例如，检测方法的复杂性、成本以及结果的可重复性等问题。因此，开发更高效、经济的分子检测方法对于肠球菌噬菌体在水体监测中的广泛应用至关重要。此外，研究强调了不同地区之间的合作对于优化粪便污染监测方法的重要性，特别是在应对气候变化和极端天气事件带来的影响方面。

综上所述，本研究为肠球菌噬菌体在温带气候下的应用提供了初步的证据，并强调了进一步研究的必要性，以评估其作为粪便污染指示菌的可靠性和适用性。同时，研究结果也为未来水体监测策略的制定提供了参考，特别是在整合噬菌体检测方法到现有水质评估体系中的可能性。通过持续的研究和合作，肠球菌噬菌体有望成为一种有效的水体污染监测工具，为保护水资源和人类健康提供新的视角和手段。