《Antibiotics》：Hospital Drain Microbiomes as Distinct Microbial Signatures Within Urban Wastewater Networks in the Han River Watershed
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背景：医院排水系统是医疗设施与城市污水网络之间的重要界面，可能向下游水生环境输入独特的微生物组分。这一问题在韩国首尔尤为重要，因为该市的城市污水排放至汉江流域内的受纳水体。方法：在这项研究中，研究人员以住宅排水沟作为非临床对照，对医院排水沟微生物组进行了表征，
背景：医院排水系统是医疗设施与城市污水网络之间的重要界面，可能向下游水生环境输入独特的微生物组分。这一问题在韩国首尔尤为重要，因为该市的城市污水排放至汉江流域内的受纳水体。方法：在这项研究中，研究人员以住宅排水沟作为非临床对照，对医院排水沟微生物组进行了表征，以评估其微生物和环境特征。结果：医院排水沟表现出独特的分类学特征，拟杆菌门（Bacteroidota）和厚壁菌门（Firmicutes）的相对丰度较高，并含有多个具有环境或潜在公共卫生意义的属，包括分枝杆菌属（Mycobacterium）、军团菌属（Legionella）和假单胞菌属（Pseudomonas）。尽管两种环境中的微生物丰富度相当，但医院排水沟的辛普森多样性（Simpson diversity）显著较低，表明群落均匀度降低。Bray–Curtis和Jaccard分析显示医院与住宅微生物群落之间明显分离，层次聚类进一步支持与环境相关的群落结构。线性判别分析效应大小（LEfSe）分析鉴定了与医院相关的独特分类学生物标志物，预测功能谱显示显著的代谢分化，25条最显著差异通路中有19条在医院样本中富集。结论：这些微生物和功能差异强调了医院排水沟的生态独特性，并支持将其纳入未来的基于污水的微生物监测策略。总体而言，这些发现将医院排水沟确立为城市污水网络中的独特微生物生态系统，并为未来研究汉江流域内医院相关微生物特征的持久性提供了基线。
城市排水系统连接人类活动、污水基础设施与受纳水生环境，其内部微生物可形成持久生物膜，成为城市环境中的储存库和传播路径。医院排水系统因暴露于医疗相关微生物、药品、抗菌化合物和消毒剂等输入，可能形成区别于住宅排水的选择性压力，但两者间的微生物群落差异仍缺乏系统表征。在首尔这一高度城市化地区，城市污水最终汇入汉江流域，因此有必要建立医院排水沟微生物组的上游基线。研究人员以住宅排水沟为非临床对照，采集首尔、京畿道、仁川共30份环境拭子样本（20份来自高丽大学医院、仁济大学上溪白医院、顺天乡大学富川医院、庆熙大学医学中心4个医院地点，10份来自龙仁、仁川2个住宅地点），通过16
S rRNA扩增子测序，系统比较了医院与住宅排水沟的微生物群落组成、多样性、结构、差异生物标志物及预测代谢功能。结果显示医院排水沟呈现独特的微生物和功能特征，与住宅排水沟显著分离，从而确立其为城市污水网络中的独特微生物生态系统，为未来废水监测和源追踪提供了基线。
关键技术方法方面，研究人员使用DNeasy PowerSoil Pro Kit提取样本DNA，扩增16
S rRNA基因V4高变区后在Illumina iSeq100平台测序。生物信息分析采用QIIME2和DADA2进行去噪并生成扩增子序列变体（ASV），以97%相似度聚类为操作分类单元（OTU），通过RDP和Greengenes数据库进行物种注释。利用Chao1、Fisher、Shannon、Simpson指数评估Alpha多样性，采用Bray–Curtis和Jaccard距离结合PERMANOVA评估Beta多样性，通过线性判别分析效应大小（LEfSe）识别差异分类群，并使用MicrobiomeAnalyst基于MetaCyc数据库预测功能通路。
2.1 独特的微生物特征刻画医院排水沟群落。通过门水平和属水平的相对丰度比较发现，变形菌门（Proteobacteria）在两类样本中均占优势，但医院排水沟中拟杆菌门（Bacteroidota）和厚壁菌门（Firmicutes）相对丰度显著更高，而放线菌门（Actinobacteriota）在住宅中更丰富。属水平上，医院排水沟中分枝杆菌属（Mycobacterium）、军团菌属（Legionella）、假单胞菌属（Pseudomonas）、乳球菌属（Lactococcus）等相对丰度更高；核心微生物组分析进一步显示医院核心类群包括Muribaculaceae、Sphingomonas、Bacteroides等，提示医院排水沟存在稳定且可重复检出的微生物特征。
2.2 排水沟环境的Alpha和Beta多样性模式。Alpha多样性分析显示Chao1和Fisher丰富度指数在两组间无显著差异，但住宅排水沟的Simpson指数显著更高（p=0.038），Shannon指数也呈相似趋势，表明医院排水沟的群落均匀度较低。Beta多样性分析中，Bray–Curtis和Jaccard距离的PERMANOVA均显示两组群落显著分离（p=0.0004），说明医院与住宅排水沟的微生物群落结构存在整体性差异，而非仅由丰富度差异驱动。
2.3 层次聚类揭示的群落水平关系。基于Bray–Curtis和Jaccard距离的层次聚类显示，医院样本和住宅样本分别形成部分独立分支，但也有一定程度的相互交织，提示两种环境共享部分城市排水系统的基本微生物背景，同时存在环境特异性结构。
2.4 与排水沟环境相关的分类学特征。LEfSe分析发现，医院排水沟富集Bacteroidales目、Clostridiales目，以及Lachnospiraceae、Muribaculaceae、Oscillospiraceae、Oxalobacteraceae科；属水平富集乳酸杆菌属（Lactobacillus）、甲基杆菌属（Methylobacterium）、乳球菌属、拟杆菌属（Bacteroides）等。住宅排水沟则富集Sphingomonadaceae、Comamonadaceae等科及多种属，且显示出更广泛的判别性分类群。
2.5 医院和住宅排水沟之间微生物代谢通路的功能分化。预测功能分析显示，在25条最显著差异通路中，19条在医院样本中富集，主要涉及芳香族氨基酸生物合成、叶酸生物合成、肽聚糖合成、核苷酸和辅因子合成及发酵通路；住宅样本富集的6条通路主要涉及铁载体介导的铁获取和分解代谢通路。这表明医院排水沟微生物群落更偏向生物合成自给自足，而住宅群落更依赖铁清除和分解代谢策略。
讨论部分指出，医院排水沟中检测到的条件致病菌相关属（如Mycobacterium、Legionella、Pseudomonas）应视为环境监测信号而非直接健康风险。医院排水沟的独特微生物特征是医院相关生态因素选择的结果，但层次聚类中的部分重叠符合城市排水系统共享湿润表面、营养物质和人类源微生物等基本条件。该研究未直接证明医院排水导致汉江污染，但明确了医院排水沟作为潜在上游微生物来源的重要性。未来研究应结合宏基因组测序、耐药基因定量分析和纵向采样，从医院排水出口延伸至污水处理厂进水和出水，并进一步追踪到汉江上下游，以评估医院相关微生物特征的实际环境归趋。
本研究将首尔医院排水沟确定为城市污水环境中独特的微生物生态系统，其在分类组成、群落多样性、微生物结构、判别性分类群和预测功能通路方面与住宅排水沟存在明显差异。值得注意的是，医院排水沟中分枝杆菌属、军团菌属和假单胞菌属相对丰度较高，突出了这些属作为未来病原体监测和公共卫生风险评估的潜在靶点。生物合成通路的富集进一步表明医院相关微生物群落具有独特的预测代谢特征。这些发现强调医疗排水系统可能是进入城市污水网络的潜在上游微生物来源，并为评估其在汉江流域的下游环境相关性提供了基线。未来的研究需整合物种级病原体鉴定、抗菌素耐药性谱分析和源-受体监测，以确定其环境和公共卫生意义。
