《Sustainable Environment Research》：Beyond aerosolization: How antibiotic concentration and redox cycling amplify antibiotic resistance genes in wastewater treatment plant bioaerosols
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废水处理厂（Wastewater Treatment Plants, WWTPs）是空气传播抗生素抗性基因（Antibiotic Resistance Genes, ARGs）的排放热点，但其扩增的物理化学驱动因素仍不清楚。本研究中，研究人员量化了曝气池上方及
废水处理厂（Wastewater Treatment Plants, WWTPs）是空气传播抗生素抗性基因（Antibiotic Resistance Genes, ARGs）的排放热点，但其扩增的物理化学驱动因素仍不清楚。本研究中，研究人员量化了曝气池上方及邻近参考点颗粒物中的空气抗生素和氧化电位（Oxidative Potential, OP），并将这些测量结果与耐药组（resistome）图谱相关联。在11种目标抗生素中，仅在气溶胶中检出了红霉素（250 ± 64 pg m?3）。快速液滴蒸发可浓缩气溶胶微环境中的溶解态抗生素；然而，由此产生的水等效浓度取决于气溶胶含水量，且本次野外监测中未直接测量。体积归一化OP无位点差异，但红霉素丰度与质量归一化OP呈探索性正共变，提示抗生素负载与颗粒氧化还原活性之间存在共变关系。相应地，大环内酯类抗性基因在气溶胶中富集，而磺胺类抗性基因未见富集，反映出磺胺类未发生分配。假单胞菌属（Pseudomonas）和链球菌属（Streptococcus）等耐胁迫类群的优势度与曝气区大气胁迫下的存活情况一致。总之，这些发现提供了一个探索性框架，表明曝气驱动的气溶胶化可浓缩溶解性组分，并与氧化还原活性颗粒物共存，从而可能塑造空气传播的耐药组。这些结果促使在评估抗生素耐药性的环境传播时，开展明确包含空气隔室的扩展监测和机制研究。
污水处理厂（WWTPs）被公认为抗生素抗性基因（ARGs）的排放热点，气溶胶传播已被证实是抗生素耐药性向大气环境扩散的关键途径。已有研究发现，曝气池生物气溶胶中每个细胞的ARG拷贝数比源水高59.6%，且与移动遗传元件（MGEs）存在强共现，表明曝气池并非被动释放源，而是耐药性富集的活跃热点。然而，驱动空气传播耐药组扩增的物理化学选择压力（如抗生素和氧化应激）仍不清楚。气溶胶化过程中，细菌同时经历快速干燥引起的渗透压冲击、气泡破裂产生的剪切力以及大气活性氧（Reactive Oxygen Species, ROS）带来的氧化胁迫。ROS可激活细菌SOS反应，提高突变率和基因水平转移（Horizontal Gene Transfer, HGT）频率。此外，液滴蒸发可浓缩溶解态抗生素，使其从水中亚抑制浓度升至生物学相关剂量。据此，研究人员提出假设：废水气溶胶中同时存在的ROS和抗生素构成双重选择压力，有利于携带ARGs的类群。该研究发表于《Sustainable Environment Research》。
研究人员在中国台湾北部某WWTP开展试点监测，于2022年3月14日至23日在曝气池上方和距池100米处的室外参考点采集PM
2.5样品，同时采集曝气池废水（深度1 m）。采用二硫苏糖醇（Dithiothreitol, DTT）法测定颗粒物OP；采用超高效液相色谱-串联质谱定量11种抗生素；采用离子色谱和电感耦合等离子体质谱分析无机离子和金属。提取DNA后进行Illumina NovaSeq宏基因组测序，获得15个宏基因组（9.6–12.6 Gbp），基于SARG数据库用ARGs-OAP注释ARGs，利用MEGAHIT组装、Kraken2分类等分析耐药组及宿主菌。
### 3.1 选择性抗生素分配与MLS ARG富集
在11种目标抗生素中，仅红霉素在空气PM
2.5中检出（250 ± 64 pg m
?3），而废水中磺胺类浓度比红霉素高约两个数量级，但未在气溶胶中检出。红霉素较高的疏水性（log K
ow = 3.06）使其优先分配到颗粒相并跨膜扩散，通过气泡破裂气溶胶化选择性富集。相应地，大环内酯-林可酰胺-链阳菌素（Macrolide-Lincosamide-Streptogramin, MLS）抗性基因在空气中富集，而磺胺类ARGs无富集，反映磺胺类未发生分配。携带MLS抗性基因的优势菌属包括假单胞菌属（Pseudomonas）和链球菌属（Streptococcus），它们具有大气持久性。部分ARGs（如erm(X)、lsa(E)）与质粒或转座子相关，可能支持HGT。
### 3.2 OP模式与微生物氧化还原相互作用
曝气池上方PM
2.5中细菌密度显著高于室外参考点（9.5 ± 2.9 vs 1.3 ± 0.6 百万细胞 mg
?1），但体积归一化OP（OPv）和质量归一化OP（OPm）均无显著差异。微生物既可增加OP（通过产生ROS和内毒素），也可消耗ROS（通过抗氧化系统和胞外聚合物），因此双向调节可能掩盖了位点差异。ROS胁迫可诱导SOS反应和HGT，促进ARG传播。优势宿主如白喉棒杆菌（Corynebacterium diphtheriae）具有OxyR调节系统，链球菌对ROS耐受性强，这些特性有助于其在空气中选择性存活和ARG富集。
### 3.3 抗生素与OP在WWTP气溶胶中的共变
在曝气区，红霉素浓度与OPm呈正相关（R
2 = 0.73）。但过渡金属（Cu、Fe、Mn）无显著位点富集，说明金属不是主要解释；由于有机碳、气溶胶水含量等未完全解析，该关系应视为探索性共变。PM
2.5可在空气中悬浮数天至数周，反复暴露于选择压力，使大气成为独立生态位，气泡破裂产生的液滴蒸发浓缩抗生素，同时微生物承受机械应力和ROS，可能促进耐药选择。
### 3.4 局限与未来方向
本研究为试点，时空范围有限（单一场址、连续五天，无季节重复），参考点距曝气池较近，且户外与曝气池采样时间连续而非同步。未完全表征气象、气溶胶水含量等变量。宏基因组分析基于DNA，无法区分基因表达；未直接量化HGT速率。未来需多季节多设施采样、同步设计、宏转录组学分析和受控舱室实验验证因果关系。
讨论总结：研究结果表明，曝气驱动的气泡破裂气溶胶化能够将含抗生素的氧化还原活性颗粒与富集的ARGs一同释放到空气中。红霉素与OPm的共变以及MLS ARGs富集支持多重胁迫同时塑造空气耐药组的假说。微生物在OP中的双向作用解释了OP无显著差异的现象。尽管部分机制尚需验证，该研究整合了化学测量与宏基因组分析，为废水处理产生空气耐药储库提供了探索性框架。
结论翻译：在本次城市污水处理厂试点现场监测中，研究人员结合靶向抗生素测量、颗粒物OP和宏基因组测序，检验了物理化学胁迫因子与空气耐药组的共现关系。在11种目标抗生素中，仅红霉素在曝气池上方PM
2.5中一致检出，表明其疏水性驱动了在生物气溶胶中的选择性富集。与此化学模式一致，MLS抗性基因在气溶胶中富集，而磺胺类抗性基因未富集，反映磺胺类未发生分配。空气微生物群落以耐胁迫类群（如Pseudomonas和Streptococcus）为主，提示存在适应氧化和抗生素胁迫的存活机制。红霉素浓度与OPm之间的共变以及MLS抗性基因的富集表明，曝气驱动的气泡破裂气溶胶化将携带抗生素的氧化还原活性颗粒和富集的ARG信号释放到空气中。氧化还原活性过渡金属在曝气区和室外之间无显著差异，表明仅过渡金属富集不太可能解释OP模式；生物和有机组分是可能的贡献者，但需未来直接验证。这一综合视角揭示了生物气溶胶微环境中多种胁迫因子共同作用，为耐药菌创造了选择条件。这些发现为理解废水处理如何产生空气传播的抗生素耐药储库提供了探索性框架，并强调在抗菌素耐药性环境监测中需扩大对这一常被忽略的隔室的监测。
