《Process Safety and Environmental Protection》：Dissemination of the antibiotic resistome in receiving rivers: The distinct footprints of conventional and advanced wastewater effluents
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摘要尽管水回用对于可持续水资源管理至关重要，但常规尾水与高级再生水排放如何差异性地影响下游生物风险仍未得到充分理解。我们通过追踪抗生素抗性基因（ARGs）如何从污水处理厂（WWTP）尾水扩散至受纳河流，评估了各种废水回用方案的有效性。通过将两条受纳河与自然参考河进行比较，我们
摘要
尽管水回用对于可持续水资源管理至关重要，但常规尾水与高级再生水排放如何差异性地影响下游生物风险仍未得到充分理解。我们通过追踪抗生素抗性基因（ARGs）如何从污水处理厂（WWTP）尾水扩散至受纳河流，评估了各种废水回用方案的有效性。通过将两条受纳河与自然参考河进行比较，我们旨在确定当前处理策略中的关键薄弱环节以及影响河流抗性组的关键因素。与自然河流相比，受纳水体不仅表现出更高的微生物多样性，ARGs和移动遗传元件（MGEs）的丰度和多样性也显著增加。这一现象在尾水受纳河中尤为显著，其ARGs水平达到了全球河流平均水平，甚至超过了湖泊和水库的水平。尽管再生水的ARG和MGE丰度最低，但其排放仍提高了受纳河中的ARG和MGE水平。不动杆菌属（Acinetobacter）成为一种主要的ARG携带者，具有相当大的传播风险。本研究强调，即使采用高级处理工艺，也可能无法完全消除具有强适应性的不动杆菌属种群，这些种群可能成为通过水平转移传播ARG的隐藏储库。
引言
在最新的"同一健康"操作框架下，抗生素抗性基因（ARGs）已被确认为新兴生物污染物并被列为优先关注事项（WHO, 2023）。此外，由移动遗传元件（MGEs）介导的水平基因转移（HGT）对ARG的增殖有显著贡献，从而增加了ARG向致病细菌传播的概率（Cai et al., 2024, Zhou et al., 2021）。抗生素抗性组已在各种水生环境中被广泛报道，涵盖废水（Che et al., 2019）以及包括河流、湖泊和水库在内的淡水系统（Chen et al., 2020, Liu et al., 2023），对人类健康构成相当大的风险。因此，追踪抗生素抗性组在水生环境中的传播——尤其是淡水环境——直接关系到保障供水安全和公共健康。
作为可持续城市水资源管理的基石，回收污水处理厂（WWTP）尾水越来越受到倡导，以应对全球水资源短缺问题（Kesari et al., 2021）。超滤等高级处理技术正被更广泛地采用，将常规污水处理厂出水（本文中称为"尾水"）升级为高品质再生水，从而提高生物安全性并减少生态危害。然而，即使经过强化物理化学处理，尾水和再生水仍频繁被报道为将ARG和抗性细菌引入受纳河流的途径，为安全和可持续的水回用带来了隐藏的瓶颈（Lee et al., 2021, Liang et al., 2020, Su et al., 2023, Zhu et al., 2023, Zou et al., 2023）。例如，Su等人（2023）表明，污水处理厂尾水可以放大沿海沉积物中的抗生素抗性组风险和HGT潜力。在我们先前的工作中，ARG在再生水受纳环境中表现出时空变异，并在下游显著富集（Yu et al., 2024）。尽管已有众多研究评估了污水处理厂尾水带来的风险，但关于不同处理水平（尾水与再生水）的排放物如何影响受纳河中抗生素抗性组的系统性对比研究仍较为有限。阐明这些对比效应对于评估当前废水处理方法的有效性以及为优化高级净化和消毒策略提供关键的科学指导至关重要。
在本研究中，我们采用宏基因组测序技术追踪了三条不同河流中与抗性组相关的风险轨迹：再生水主导的河流（R-river）、污水处理厂尾水主导的河流（W-river）和受干扰极小的自然河流（N-river）。我们的目标是确定与相对原始的自然河流（N-river）及全球淡水环境（河流、湖泊和水库）相比，不同的污水处理厂尾水如何影响R-river和W-river，重点关注：1）抗生素抗性组；2）关键ARG宿主和HGT潜力；以及3）生物因素和非生物因素在塑造抗生素抗性组中的作用。通过这一框架，本研究揭示了河流生态系统中潜在的抗生素抗性组风险，并为在污水处理厂尾水排入受纳河流后遏制抗生素抗性传播提供了更有效的策略参考。
章节片段
样本采集与理化性质测定
本研究选择在中国宁波的两条分别接受不同处理工艺污水处理厂尾水的河流以及一条受人类活动影响最小的参考河流进行调查。W-river（北纬30°10'11.00"，东经121°14'03.00"）由常规污水处理厂尾水（仅氯消毒）补给，而R-river（北纬29°53'35.45"，东经121°36'12.24"）接受来自高级处理设施的再生水（氯消毒+超滤）。两座污水处理厂主要处理生活
三条河流中微生物的组成与多样性：污水处理厂尾水受纳河多样性更高
在三条河流中，共鉴定出47个微生物门。变形菌门在所有采样点均为优势门，相对丰度占比63.3%至86.0%，其中R-river下游段的占比最高。其次是放线菌门、拟杆菌门和厚壁菌门，四者合计占微生物总群落比例超过94.2%（图1 A）。这一门水平的分布模式与先前典型淡水生态系统的报道一致，反映了
结论
本研究表明，污水处理厂尾水和再生水对受纳河中抗生素抗性组的影响存在差异。尽管再生水的ARG水平较低，但其排放仍在下游引发了显著的ARG/MGE富集，挑战了高级处理工艺能完全消除生物风险的假设。通过采用基于直接序列同源的方法，我们确定了不动杆菌属（Acinetobacter）是ARG的核心宿主和HGT热点，非致病性不动杆菌属
CRediT作者贡献声明
Kai Yu：写作–初稿、可视化、调查、形式分析。Gaofei Jiang：方法学、形式分析。David Z. Zhu：验证、概念化。Huaihai Chen：可视化、软件。Zhiyuan Yao：写作–审阅与编辑、验证、资金获取、概念化。Lanqiu Wang：资源、数据管理。Pengfei Hu：软件、方法学。Bin He：调查、概念化。
利益冲突声明
作者声明不存在已知的竞争性财务利益或个人关系可能影响本文所报告的工作。
致谢
本研究受国家自然科学基金（42377369）、国家重点研发计划（2022YFC3203200）、甬江"2035"科技创新"关键核心技术突破"计划项目（2024Z262）以及宁波大学何厚炜基金资助。
Kai Yu|Lanqiu Wang|Pengfei Hu|Bin He|Gaofei Jiang|David Z. Zhu|Huaihai Chen|Zhiyuan Yao
