《Journal of Hazardous Materials Advances》：Microbial responses to pharmaceutical contamination in wastewater: consortia-based enrichment and isolation of ketoprofen- and oxazepam-degrading bacteria from activated sludge
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• 营养物可利用性（nutrient availability）与药物暴露（pharmaceutical exposure）被证明与不同的微生物群落谱（microbial community profiles）相关。
• 酮洛芬（ketoprofen, K
• 营养物可利用性（nutrient availability）与药物暴露（pharmaceutical exposure）被证明与不同的微生物群落谱（microbial community profiles）相关。
• 酮洛芬（ketoprofen, KETO）富集的联合体（consortia）达到最高74%的降解，而奥沙西泮（oxazepam, OXA）在所有富集条件下仍高度顽固（recalcitrant）。
• 来自KETO富集联合体的8株分离物（isolates）和来自OXA富集联合体的4株分离物在7天后显示出显著的药物去除。
• 营养限制型富集（nutrient-limited enrichment）有利于选择具有增强药物降解能力（pharmaceutical degradation capacities）的菌株。
• 基于联合体的富集（consortia-based enrichment）使得分离出具有先前未报道的OXA降解潜力（OXA degradation potential）的菌株成为可能。
论文解读：活性污泥微生物对药物污染的响应及KETO/OXA降解菌富集与分离
作者为 Abiola Saheed Akinwale、Mathilde Monperrus、Marie Morère、Theo Maura、Claire Gassie、Rémy Guyoneaud 和 Bahia Khalfaoui-Hassani。过去几十年，化学品与制药工业增长及全球人口增加导致药物生产和使用增加。药物是一类主要的新兴污染物（emerging pollutants），已在出水、沉积物、地表水、地下水中检出，浓度范围为ng/L至μg/L，偶尔也出现在饮用水中。相当部分药物以原形或活性代谢物排泄，经医院处置、制药工业、农业径流和填埋场进入环境，最终到达污水处理厂（wastewater treatment plants, WWTPs）。由于积累和持久性，药物可造成内分泌干扰、抗菌抗性等问题。传统WWTP不能有效去除某些药物，尤其精神类药物如卡马西平、地西泮和奥沙西泮（oxazepam, OXA）较持久，可部分或大部分 unchanged 通过处理系统。非生物降解方法如UV光解、氧化脱羧、高级氧化过程等能耗高、成本高且可能产生不良副产物。生物降解环保且非侵袭性，多种微生物可进行。以往研究多使用分离菌株和单培养，但微生物自然存在于复杂群落中，生态相互作用、生态位特化和环境变异影响其活性和存续。因此，研究人员日益关注微生物联合体（microbial consortia），因其更代表自然并可能提高生物降解性能。富集联合体的组成和功能潜力取决于选择条件，药物身份、浓度和碳可利用性可能施加不同选择压力。基于此，研究人员假设药物身份和浓度以及碳可利用性会影响联合体富集期间的微生物群落选择，并影响具生物降解潜力菌株的回收。研究目的是采用基于联合体的富集方法，对两个WWTP的好氧污泥（aerobic sludge）进行研究，探讨药物如何塑造富集联合体内的微生物群落结构，并评估联合体方法对分离降解菌的影响。
研究人员表征了两个WWTP——Pont de l’Aveugle WWTP（PDA或WWTP1）和 Saint Fredric WWTP（SFR或WWTP2）——的微生物群落和药物含量，发现两个WWTP不能完全去除某些药物。研究人员从这些WWTP的好氧污泥进行联合体富集，使用易降解的酮洛芬（ketoprofen, KETO）和顽固的OXA。富集在营养丰富（+PG，补充蛋白胨和葡萄糖）或营养限制（?PG，无补充蛋白胨和葡萄糖）条件下进行，均含目标药物。随后表征所得联合体的多样性和降解能力，并分离、鉴定和测试细菌菌株的生物降解潜力。结论显示，营养可利用性与微生物群落结构差异相关，药物身份和浓度也可能贡献于特定细菌类群和功能群的选择。KETO和OXA诱导不同微生物群落响应；降解试验显示KETO生物降解潜力更高，OXA高度顽固。分离到OXA降解菌，包括 Bacillus、Stenotrophomonas、Pseudomonas 和 Klebsiella 属成员，揭示好氧污泥微生物组中潜在分解代谢潜力，并证明富集策略对回收稀缺药物降解细菌的有效性。这些发现为开发优化微生物联合体和改进生物处理过程以限制持久性药物污染物环境释放提供了基础。
关键技术方法概括如下：样本来源为法国Bayonne城市区域Adour河口的Pont de l’Aveugle WWTP（PDA或WWTP1）和Saint Fredric WWTP（SFR或WWTP2），分别接收城市/工业废水和Bayonne医院来源废水；2023年11月30日采集进水、好氧污泥和出水。方法包括LC-MS/MS定量药物；好氧污泥微孔板联合体富集，KETO/OXA为1和1000 ppm，+PG/?PG，连续7天传代至稳定；16S rRNA基因扩增子测序（V4-V5，Illumina MiSeq），FROGS分析，Alpha/Beta多样性，非度量多维尺度分析（NMDS），Venn和热图；分离菌株，Sanger测序16S rRNA，构建系统发育树；降解试验，LC-MS/MS测降解率；统计采用Shapiro-Wilk、Kruskal-Wallis、Dunn和PERMANOVA。
研究结果部分保留原文小标题并浓缩如下。3.1 法国Bayonne城市区域WWTP中药物水平：通过测定进出水药物，发现WWTP1和WWTP2进水中最浓缩药物包括acetaminophen、ibuprofen、OXA、KETO和hydrochlorothiazide；acetaminophen、ibuprofen和KETO出水低或未检出，显示高去除；但hydrochlorothiazide、ofloxacin和diclofenac出水不可忽略，OXA去除差且出水浓度增加。OXA属苯二氮卓类，在WWTP和环境中持久。3.2 两个WWTP细菌群落组成的系统发育分析：通过16S测序，WWTP1五个最丰富门为Proteobacteria、Bacteroidota、Firmicutes、Chloroflexi和Myxococcota；WWTP2三个最丰富门为Proteobacteria、Bacteroidota和Firmicutes；进水总体组成相似。WWTP2好氧污泥和出水中Chloroflexi、Myxococcota和Bacteroidota增加，可能与丝状细菌发展有关；WWTP1好氧污泥Shannon指数高于WWTP2。3.3 联合体污染物富集中的影响因素和微生物群落变化：3.3.1 联合体内Alpha多样性：高污染物浓度与低浓度相比无实质Alpha多样性变化；+PG富集Chao1和Shannon较高，?PG较低，碳可利用性可能重要；但KETO WWTP1富集例外。3.3.2 联合体内Beta多样性：NMDS未显示浓度或污泥来源的明确影响；+PG和?PG明显分离，说明补充碳和电子源强烈影响群落结构；?PG下OXA和KETO富集群落紧密聚类，+PG下形成不同簇，说明药物身份也贡献群落分化。总体碳可利用性是主要因素，药物身份也有贡献。3.4 药物胁迫在基于联合体的KETO富集中选择耐污染物和潜在降解属：通过属水平热图，+PG和?PG分组分开；低浓度群落更多样，高浓度降低复杂性并选择特定属。高浓度+PG下Klebsiella、Enterobacter、Citrobacter、Sphingobium和Raoultella等占优；?PG下Acinetobacter、Pseudomonas、Ralstonia、Brevundimonas和Hydrogenophaga等占优。降解试验显示，18个KETO和12个OXA富集联合体在7天后，KETO在1000 ppm富集去除率为14%至74%，1 ppm为6%至21%；OXA仅一个1000 ppm联合体显示18.72%去除，仍高度顽固。3.5 营养限制和更高药物浓度促进分离专门KETO和OXA降解菌：从联合体分离菌株，系统发育显示其属于Bacilli、Actinomycetes、Gammaproteobacteria、Alphaproteobacteria、Flavobacteriia和Sphingobacteriia等。3.5.1 KETO分离株及其生物降解潜力：从KETO富集分离24株，+PG 20株，?PG 4株；8株降解效率高于25%，包括Sphingobacterium siyangense subsp. cladoniae KETO17、Bacillus thuringiensis KETO3、Brevundimonas vesicularis KETO10、Sphingobacterium siyangense KETO20、Sphingobacterium siyangense KETO27、Bacillus thuringiensis KETO2、Acinetobacter sp. KETO1B和Pseudomonas palmensis KETO3；?PG分离株降解潜力显著高于+PG株（p=0.0036），说明营养限制富集有助于选择增强KETO降解潜力菌株。3.5.2 OXA分离株及其生物降解潜力：从OXA富集分离28株，+PG 26株，?PG 2株；仅4株降解效率高于25%，包括Klebsiella ornithinolytica OXA28、Pseudomonas fragi OXA29、Bacillus thuringiensis OXA30和Stenotrophomonas geniculata OXA31；非生物对照也有显著OXA损失，部分去除归因于非生物降解。研究人员认为本研究首次报道Klebsiella、Pseudomonas、Bacillus和Stenotrophomonas菌株对OXA的生物降解。?PG两株分离株显示更高OXA降解潜力。比较表明，+PG产生更多但性能变异大的分离株，?PG促进分离高性能菌株；KETO比OXA更易微生物降解。
讨论部分总结：营养可利用性与群落结构差异相关，药物身份和浓度贡献于选择特定细菌类群和功能群。KETO和OXA诱导不同群落响应，降解性能对比明显，KETO降解潜力更高，OXA顽固。分离到OXA降解菌揭示好氧污泥微生物组中潜在分解代谢潜力，证明富集策略有效。富集条件影响分离株功能质量；+PG产生更高分类多样性，?PG促进高降解能力菌株。需考虑富集选择可能有利于适应实验室条件的微生物，进一步评估环境相关浓度下联合体和分离株对废水处理应用重要。研究结论翻译如下：总体而言，本研究强调了结合微生物群落分析、基于联合体的富集方法和菌株分离，以更好地理解污水处理厂（WWTPs）中微生物对药物污染（pharmaceutical contamination）响应的重要性。营养可利用性（nutrient availability）与微生物群落结构差异相关，而药物身份（pharmaceutical identity）和浓度也可能有助于选择特定细菌类群和功能群。KETO和OXA在富集条件下诱导不同的微生物群落响应，而降解试验揭示了相反的生物降解性能，KETO显示出更大的生物降解潜力，OXA仍高度顽固（recalcitrant）。尽管如此，OXA降解菌的分离，包括 Bacillus、Stenotrophomonas、Pseudomonas 和 Klebsiella 属成员，揭示了好氧污泥微生物组（aerobic sludge microbiomes）中潜在的分解代谢潜力（catabolic potential），并证明了富集策略在回收稀缺药物降解细菌方面的有效性。这些发现为开发优化的微生物联合体（microbial consortia）和改进生物处理过程以限制持久性药物污染物（persistent pharmaceutical contaminants）的环境释放提供了基础。
