废水中的抗生素耐药性组的出现、风险、驱动因素及缓解策略

《Journal of Environmental Chemical Engineering》：Occurrence, risks, driving factors, and mitigation strategies of antibiotic resistome in wastewater

　　

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  本文综述了 wastewater 中的抗生素抗性基因（ARGs）的分布特征、移动性及其宿主细菌。
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  文章介绍了废水中抗生素抗性组的潜在风险，并与其他环境介质进行了比较。
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  细菌群落是决定废水抗生素抗性组的主要因素。
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  讨论了控制废水中 ARGs 和抗生素耐药细菌（ARBs）的有效技术。
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  对废水中的抗生素耐药性发展趋势进行了预测。

引言

由于不合理的抗生素使用，抗生素耐药性的问题日益严重，引起了全球的广泛关注[1]。世界卫生组织（WHO）将抗生素耐药性列为二十一世纪三大公共卫生威胁之一[2]。如果不采取有效的控制措施，预计到2050年，抗生素耐药性将导致1000万人死亡，并造成超过100万亿美元的损失[3]。抗生素抗性基因（ARGs）可以通过移动遗传元件（MGEs）在细菌细胞内或细胞间水平转移，这些元件包括质粒、整合子和转座子[4],[5]。这些移动遗传元件促进了耐药细菌（PARB）的产生和传播，其中包括携带多种耐药决定因子的菌株[6]。

从“同一个健康”（One Health）的角度来看[7]，ARGs 在空气、土壤和水生系统中的传播已经得到了广泛研究[8],[9],[10]。在各种环境因素中，废水被认定为 ARGs 的关键储存库和热点区域，其 ARG 多样性最高[11]。废水中 ARG 的来源包括居民区、医院、畜禽养殖场、制药厂和垃圾填埋场（图1a）。废水中的丰富微生物群落、营养物质以及多种抗生素的存在为 ARGs 和耐药细菌（ARBs）的富集、选择和进化提供了有利条件[12]。然而，传统的废水处理工艺通常不足以防止抗生素耐药性的传播[13]。因此，抗生素抗性组在废水处理过程中持续存在[14]，并最终释放到接收环境中，包括农业土壤[15]、地表水[16]和通过生物气溶胶进入大气[17]。一旦释放到环境中，抗生素抗性组可能会在微生物、植物和动物体内积累，从而增加消化系统和呼吸系统疾病的风险[18],[19]。因此，了解废水中的抗生素耐药性对于保护环境安全和公共卫生至关重要。

近年来，关于废水中的抗生素耐药性的研究迅速增加，表现为相关出版物数量的增加（文本S1、图1b、图S1和图S2）。一些综述总结了废水中的抗生素耐药性的现状和研究热点[20],[21],[22],[23],[24]。这些研究主要依赖于基于目标的方法（如聚合酶链反应和培养组学），这些方法可以提供关于废水中介导特定 ARGs 和 ARBs 的存在和命运的见解。然而，目前仍缺乏关于废水中的 ARGs 广谱分布、移动潜力、病原体可接触性、抗性组风险及其驱动因素的系统性总结。随着分析方法的进步，包括宏基因组学[25]、宏转录组学[26]和宏蛋白质组学[27]在内的组学方法，使得对废水中的抗生素耐药性有了更全面的了解。宏基因组组装和分类有助于推断 ARGs 的移动性和潜在的致病性[5]。宏转录组学可以揭示哪些基因处于活跃表达状态，并阐明其功能潜力[26]。宏蛋白质组学可以提供代谢谱，用于评估抗生素耐药性特征的时间稳定性[28]。这些研究方法得出的关键发现迫切需要进一步总结。

根据文献计量分析（文本S1和图1c），本综述全面梳理了1990年至2025年间废水中的抗生素耐药性的研究热点。该综述涵盖了基于组学的分布特征和风险评估、多种驱动因素分析、处理技术以及工程分析等方面。首先，我们从多组学角度总结了废水中的抗生素抗性组的发生及其潜在健康影响，随后介绍了主要驱动因素和缓解策略。最后，我们讨论了当前面临的挑战并提出了未来的研究方向。总体而言，本综述旨在加深对废水中的抗生素耐药性的理解，并为抗性组的风险评估和污染控制提供参考。

章节片段

ARG 特征

全球宏基因组调查显示，在废水中检测到了多达2420种能够抵抗30类抗生素的 ARG 亚型[29]。与其他环境（如土壤、天然水体和沉积物）相比，废水中的 ARG 多样性最高[11]。特别是氨基糖苷类、多重耐药、杆菌肽类、四环素类和β-内酰胺类抗性基因占废水 ARG 特征的很大比例（图2a和表S1）。

废水中抗生素抗性组的驱动因素

废水中的抗生素抗性组受到多种生物学和非生物学因素的影响。生物学因素包括细菌群落组成、细胞外聚合物物质（EPS）和群体感应。非生物学因素主要包括选择压力（如抗生素和重金属）、物理化学性质（如营养物质、温度和pH值），以及控制废水处理过程的操作参数。

去除废水中的抗生素抗性组的缓解技术

传统的污水处理厂主要针对氮、磷和有机物等传统污染物进行处理，而不是针对抗生素抗性组、微塑料和药物等新兴污染物[108]。因此，污水处理厂在控制抗生素抗性方面的效果有限。如图2b所示，只有约37.9%的ARGs从进水端被去除到出水端[10],[53],[109]。为了解决这一问题，需要采用多种补充技术。

结论与展望

废水中抗生素抗性组的扩散和传播是一个新兴的卫生和生态问题。最常见的 ARGs 与人类的活动密切相关，尤其是医疗保健和畜牧业生产。转座子是与你废水传播的 ARGs 共存的主要移动遗传元件，而 WHO 确定的优先病原体，如Klebsiella pneumoniae、Escherichia coli 和 Acinetobacter baumannii，由于同时具有耐药性，构成了双重威胁

CRediT 作者贡献声明

Jianwei Liu：可视化、监督、方法论。Yunping Han：撰写初稿、监督、正式分析。Jianyong Feng：软件、方法论、资金获取。Xuejun Bi：撰写——审稿与编辑、资金获取、概念构思。Yue Zhang：撰写初稿、可视化、软件、方法论、数据管理。Xuyi Wang：撰写——审稿与编辑、撰写初稿、调查、正式分析、数据管理。Tang Yang：撰写——审稿与

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的会影响本文研究的财务利益或个人关系。

致谢

本研究得到了中国国家自然科学基金（项目编号：52100125和52370042）和山东省自然科学基金（项目编号：ZR2026QC0594）的支持。

Xuyi Wang|Yue Zhang|Xuejun Bi|Jianyong Feng|Yunping Han|Jianwei Liu|Tang Yang