《Journal of Environmental Chemical Engineering》：Review of Persistent Antibiotic Resistance Genes in Composting Process: Challenges, Strategies and Future Directions
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摘要抗菌抗性基因（ARGs）在有机固体废物（OSWs）中被广泛检出，可能对公众健康构成重大威胁。好氧堆肥是OSWs管理的主要方法，可通过嗜热灭活、抗生素降解、重金属钝化和微生物演替来减轻ARGs的影响。然而，一些持续性ARGs在堆肥后往往保持不变或甚至丰度增加。本综述分析了过
摘要
抗菌抗性基因（ARGs）在有机固体废物（OSWs）中被广泛检出，可能对公众健康构成重大威胁。好氧堆肥是OSWs管理的主要方法，可通过嗜热灭活、抗生素降解、重金属钝化和微生物演替来减轻ARGs的影响。然而，一些持续性ARGs在堆肥后往往保持不变或甚至丰度增加。本综述分析了过去十年的文献，以鉴定ARGs在堆肥过程中持续存在的机制，并探讨控制其增殖的可能技术。跨研究来看，四环素、大环内酯、β-内酰胺和喹诺酮抗性基因往往被有效减少，而磺胺类、氨基糖苷类、多重耐药以及一些酶促四环素抗性基因的某些亚型则表现出更强的持续性。结果表明，包括sul1、sul2、tetX、ermB、ermC、aadA和多重耐药基因在内的持续性ARGs之所以存活，主要是由于其整合在耐热宿主的染色体中、与移动遗传元素强烈相关，以及受到腐殖质物质或矿物颗粒的保护。持续性ARGs的回弹效应主要取决于ARGs宿主的增殖，这由水平基因转移、生物气溶胶传播和残余选择压力所促成。先进堆肥技术通常（例如超嗜热堆肥、添加剂添加、微生物接种、预处理和后处理技术）在去除ARGs方面表现出优越的功效。与微生物接种和多孔添加剂添加相比，超嗜热堆肥和预处理技术对持续性ARGs的去除表现出有效效果。微生物接种和多孔添加剂在应用于堆肥前应进行仔细评估。这些发现为堆肥减轻持续性ARGs提供了全面的见解，这可能有助于防止ARGs在环境中的传播。
引言
由于赋予对抗微生物治疗的耐药性，抗菌抗性被认为是一种全球性威胁[1]、[2]。有机固体废物（OSWs），如污泥废物、粪便废物和食物废物，被认为是抗菌抗性细菌（ARB）和抗菌抗性基因（ARGs）的主要汇[3]。堆肥目前是OSWs管理的关键方法，因其成本低且效率高[4]，这有助于通过微生物活动将有机物转化为CO2和H2O，同时生产高质量有机肥料[5]。因此，弄清抗菌抗性在堆肥过程中的命运至关重要。
已有文献记载，堆肥可以显著去除堆肥后的抗生素和ARBs[6]、[7]，然而堆肥去除ARGs的效果仍存在矛盾[8]、[9]。一些研究报告称，大多数ARGs在堆肥后可以被消除，而另一些案例发现，一些ARGs亚型的丰度在堆肥后可能仍然大量存在或甚至增加[10]、[11]。例如，Zhang等[8]观察到与氯霉素、磷霉素、放线菌酮、多重耐药、喹诺酮、磺胺类和三甲氧苄啶相关的ARGs与初始阶段相比有所增加。同样，一项综述报告称，在839个ARGs亚型中，有133个亚型的丰度在堆肥后增加[12]。
持续性ARGs是指在堆肥后仍保持高丰度或甚至丰度富集的ARGs，与非常持续性ARGs相比，其去除效率较低[8]、[13]。持续性ARGs在最终堆肥产物还田时，从堆肥产物传播到土壤、河流甚至食物链的可能性很高。ARGs可通过水平基因转移（HGT）和垂直基因转移（VGT）繁荣[14]、[15]、[16]。例如，一项现场研究报告称，将堆肥产物施用于土壤可使土壤样品中ARGs的总绝对丰度比实验前值增加5.59倍，其中一些ARGs增加了超过100倍[17]。
尽管已有几项综述回顾了ARGs在堆肥过程中的一般命运，但很少有综述专门关注持续性ARGs。这一点很重要，因为持续性ARGs在堆肥后可能仍可检测到，因此会带来较高的环境风险[18]。早期的综述主要强调一般影响因素、文献计量趋势或单一控制策略（如生物炭添加），而ARGs持续性、回弹效应和堆肥后传播的机制尚未得到系统整合[19]、[20]、[21]。例如，Liu、Yu、Ahmed、Gin、Xi、Wei、He和Zhang[22]确定了影响ARGs总量动态的关键因素，如温度、pH值、水分含量和营养平衡，但潜在的机制探索有限。此外，先进堆肥技术尚未得到全面综述，尽管它们对于识别减轻持续性ARGs的实用方法至关重要[23]、[24]。Sun、Zhang、Peng、Wang和Lin[25]提供了ARGs在堆肥过程中命运的文献计量概述，并讨论了当前趋势和未来方向，但一些新兴的预处理和后处理技术未被纳入。Shao、Liu、Tang、Liu、Liang、Wu、Pan、Zhang、Tan和Yu[26]回顾了生物炭在ARGs去除中的作用，但忽视了纳米零价铁（nZVI）和沸石等其他添加剂。
因此，为解决这些差距，本系统综述系统分析了过去十年的文献，特别关注2020年至2026年间发表的研究，并提供了通过堆肥去除ARGs的最新概述。与以前的研究不同，本工作针对持续性ARGs，具体调查其去除策略和以前很少研究的可行堆肥技术。具体而言，它评估了堆肥在减少ARGs方面的整体效率，并通过关注以下方面评估其作为消除持续性ARGs的可行方法的潜力：(i) ARGs在堆肥过程中的命运和去除效率；(ii) 传统堆肥在去除持续性ARGs方面的局限性；(iii) 用于增强ARGs去除的先进堆肥技术；(iv) 未来研究的前景和展望。本工作旨在为未来研究提供参考，并为OSWs管理和人类健康提供理论基础。
章节摘要
方法学
为确保透明性和可重复性，进行了系统文献检索[27]。从Clarivate Analytics Web of Science、Scopus、ScienceDirect和Google Scholar的核心数据库中检索了过去十年的出版物。主要搜索字符串结合了以下关键词："antibiotic resistance genes"或"ARGs"或"antimicrobial resistance genes"以及"composting"或"aerobic composting"。语言选择为"English"，论文类型选择为
ARGs在不同堆肥阶段的一般命运
OSWs通常含有高浓度的ARGs。长期施用OSWs（粪便废物）会促进土壤和附近河流中ARGs丰度的显著增加，特别是在人口高度密集和农业活动密集的区域，如西欧、东亚、南亚和美国东部（图1(a)）[28]、[29]。堆肥在控制OSWs中的抗生素和ARGs方面表现出积极作用，然而，堆肥产物中的残余ARGs，也被称为
嗜热阶段无法消除持续性ARGs的宿主
嗜热阶段可以有效灭活中温ARGs宿主并促进其消除。然而，传统堆肥由于其操作条件很少维持高温。潜在ARGs宿主（如产孢细菌Bacillus、Sporosarcina和Psychrobacillus）的增殖使其在嗜热阶段得以持续[79]。位于染色体上的ARGs由于活细胞的保护和广泛的宿主范围而相对更加保存
超嗜热堆肥
为了克服传统堆肥的低温问题，超嗜热堆肥（HTC）已成为一种有前途的策略，可在高工作温度（70-90°C）下实现更有效的ARGs减少[97]。据总结，HTC可以通过以下途径建立对抗ARGs传播的多层次防御：i) 高温平台；ii) ARGs减少和回弹抑制；iii) MGEs减少和抑制；iv) 功能激活；v) 群落重排[21]。
讨论与展望
尽管ARGs变化的方向和去除效率已被总结，但由于报告指标不标准化，跨研究的直接定量比较仍然困难。研究分别报告绝对丰度（AA，每克干重的基因拷贝数）或相对丰度（RA，以总细菌16S rRNA基因为标准进行归一化）、不同的目标基因面板、不同的采样时刻（嗜热阶段结束与成熟阶段结束）以及不同的规模（从20
结论
ARGs在堆肥后的持续性和增殖已引起公众关注，因为它们对人类构成潜在风险。本综述系统总结了ARGs在OSWs堆肥过程中的命运、持续机制和控制策略，特别强调持续性ARGs。本工作回顾的大多数研究表明，堆肥在控制ARGs增殖方面具有积极作用，机制通过热灭活、微生物竞争和减少
CRediT作者贡献声明
Dandong Cheng：撰写—审阅与编辑，撰写—初稿，监督，数据整理。Jinxi Song：撰写—审阅与编辑，撰写—初稿，监督，资金获取。Jiahua Guo：监督，形式分析，数据整理。Shiyang Fan：撰写—审阅与编辑，撰写—初稿，软件，方法学，调查，形式分析，数据整理，概念化。
利益冲突声明
作者声明他们不存在可能影响本论文报告工作的已知竞争性经济利益或个人关系。
致谢
感谢中国黄河生态保护与高质量发展研究项目（编号：2022-YRUC-01-0101）、湖南省地质局科研项目（项目编号：HNGSTP202470）和西北大学唐学人基金会的资金支持。
Shiyang Fan|Jinxi Song|Jiahua Guo|Dandong Cheng
