氧氟沙星胁迫下好氧生物膜处理农村生活污水时抗生素抗性基因的传播机制及风险防控研究

针对农村生活污水中氧氟沙星(OFL)残留加剧抗生素抗性基因(ARGs)传播风险的问题，本研究通过构建好氧生物膜系统，结合宏基因组分析和网络建模，揭示了OFL通过激活SOS反应、增加细胞膜通透性、促进移动遗传元件(MGEs)富集等机制驱动ARGs水平转移(HGT)的规律，发现鲍曼不动杆菌和大肠杆菌等病原体为主要ARG宿主，为农村污水处理中ARGs防控提供了理论依据。

　　

随着抗生素在医疗和畜牧业的广泛使用，农村生活污水中氧氟沙星(OFL)等抗生素残留问题日益突出。这类物质不仅具有环境持久性，更令人担忧的是，它们可能促进抗生素抗性基因(ARGs)的传播，使临床治疗面临"无药可用"的困境。污水处理系统被认为是ARGs传播的热点区域，而采用好氧生物膜技术的农村分散式污水处理设施，由于生物膜特有的高菌群密度和丰富胞外聚合物(EPS)分泌，可能进一步加剧ARGs的传播风险。然而，目前关于OFL如何影响好氧生物膜系统中ARGs传播的具体机制仍不清楚。

为破解这一难题，河海大学环境学院的研究团队在《Process Safety and Environmental Protection》发表了创新性研究成果。研究人员构建了模拟农村污水处理的好氧生物膜反应器，设置0.1、1和10 mg/L三个OFL暴露梯度，通过35天的持续实验，结合宏基因组测序、网络共现分析和偏最小二乘路径模型(PLS-PM)等先进技术，系统揭示了OFL胁迫下ARGs的传播规律及其驱动机制。

关键技术方法包括：从江苏常熟市净化池获取活性污泥构建好氧生物膜系统；采用Illumina高通量测序进行宏基因组分析；通过ARGs与微生物的共现网络识别潜在宿主；结合功能注释分析HGT相关代谢通路；运用PLS-PM量化各因素对ARGs传播的贡献率。

研究结果呈现以下重要发现：

1. ARG和MGE丰度的变化：与对照组相比，0.1、1和10 mg/L OFL暴露使总ARGs丰度分别增加7.32%、10.82%和16.37%，且氟喹诺酮类耐药基因显著富集。
2. OFL暴露诱导潜在ARG宿主富集：变形菌门和放线菌门成为主要ARG宿主，其中鲍曼不动杆菌(Acinetobacter baumannii)和大肠杆菌(Escherichia coli)等病原体的ARG携带量随OFL浓度升高而增加。
3. OFL促进HGT的机制：OFL通过激活SOS反应、提高细胞膜通透性、促进ATP合成和EPS分泌，创造了有利于水平基因转移的微环境；PLS-PM分析表明MGEs是驱动ARGs传播的最主要因素。

这项研究首次系统阐明了OFL在农村污水好氧生物膜处理过程中促进ARGs传播的多层次机制。特别值得关注的是，研究发现OFL会优先促进病原菌获得ARGs，这直接放大了公共卫生风险。研究提出的"抗生素浓度-微生物应激响应-HGT促进-ARGs扩散"作用链条，为开发针对性的ARGs阻断技术提供了理论靶点。例如，通过干扰SOS反应通路或调控EPS分泌来抑制HGT效率，可能成为未来农村污水处理设施优化的重要方向。该成果不仅填补了分散式污水处理过程中ARGs传播机制的认识空白，也为制定农村环境抗生素耐药性防控策略提供了科学依据。