污水处理厂排放口及受纳河流中银耐药菌的全基因组测序特征及其环境风险

本研究通过全基因组测序(WGS)揭示了污水处理厂(WWTPs)周边环境中银耐药菌的流行病学特征，发现其携带的sil/pco操纵子与多种重金属(如Hg、As)及抗生素耐药基因(如blaCTX-M、fosA)共存，IncFIB(K)质粒介导的克隆传播凸显环境与临床耐药基因库的交叉风险，为限制银滥用和优化污水处理工艺提供关键证据。

　　

ABSTRACT

银化合物的过度使用导致环境中银耐药基因(sil)扩散。研究聚焦四座污水处理厂(WWTPs)下游水域，通过平板筛选获得22株银耐药菌，以克雷伯菌属(Klebsiella spp.)为主。全基因组分析揭示这些菌株携带由sil和pco操纵子构成的铜稳态与银抗性岛(CHASRI)，同时检出汞(mer)、砷(ars)等重金属抗性基因及fosA、bla_SHV等抗生素耐药基因。质粒分型显示IncFIB(K)为主要载体，菌株间存在高度遗传相似性，证实环境耐药基因存在克隆传播风险。

INTRODUCTION

随着纳米银(AgNPs)和银离子(Ag⁺)在医疗领域的广泛应用，细菌通过外排泵(silCBA/P)和结合蛋白(silE)演化出银耐药性。污水处理厂作为临床与自然环境的交界点，其重金属压力选择环境成为多重耐药菌的温床。既往研究多关注临床分离株，而对环境银耐药菌的流行病学及基因组特征认知有限。

MATERIALS AND METHODS

研究采集湖南长沙四座WWTPs排放口及下游50米处的水体/沉积物样本，使用含128 μg/mL AgNO₃的MH培养基筛选菌株。通过MALDI-TOF MS鉴定物种，微量肉汤稀释法测定MIC，全基因组测序(HiSeq平台)结合PCR验证sil/pco操纵子。利用BacMet和ResFinder数据库注释重金属/抗生素耐药基因，MLST分析菌株序列型。

RESULTS

1. 菌株特征：13株肺炎克雷伯菌(K. pneumoniae)中ST23和ST2464为优势型，另检出大肠杆菌(E. coli)和克吕沃菌(Kluyvera spp.)。所有菌株对Ag⁺的MIC≥512 μg/mL，5株对甲氧苄啶/磺胺甲噁唑(SXT)耐药。

2. 基因组分析：21株携带完整sil操纵子(silS/R-E-CBA-P-F)，19株含pco操纵子构成CHASRI。silE基因与参考质粒pMG101相似度82.45%-99.07%，部分菌株检出Tn3和IS元件介导的基因水平转移。

3. 共现耐药性：所有菌株均含砷(ars)和锌(znt)抗性基因，5株携带碲(ter)操纵子。检出bla_CTX-M-9、bla_SHV-190等β-内酰胺酶基因，其中1株克吕沃菌(620)因phoP/Q突变对粘菌素(COL)耐药。

4. 传播机制：IncFIB(K)(12株)和repB(4株)为优势质粒类型，菌株362/364的sil基因与临床分离株CRE-243(美国)相似度达99.85%，揭示环境与临床耐药基因库的互通性。

DISCUSSION

研究发现WWTPs周边环境中，银耐药菌通过质粒携带的CHASRI岛实现多重重金属抗性，其中肺炎克雷伯菌ST23等高危型别提示潜在公共卫生风险。sil基因与转座酶共定位的现象，印证了IS元件在耐药基因传播中的驱动作用。值得注意的是，环境菌株对多数抗生素仍敏感，但1株粘菌素耐药菌的出现警示Ag⁺-COL交叉耐药风险。

CONCLUSION

污水处理厂未能完全消除银及耐药基因的环境排放，导致sil与多种重金属抗性基因在细菌中形成"共选择"压力。建议通过限制银制剂使用、优化WWTPs净化工艺，阻断耐药基因的环境扩散链，为"One Health"策略提供科学依据。