来源:Frontiers of Environmental Science & Engineering 发布时间:2024/2/5 13:52:09
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FESE | 污水处理厂废水排放对受纳水环境耐药组的影响机制

论文标题:Impact of wastewater treatment plant effluent discharge on the antibiotic resistome in downstream aquatic environments: a mini review(污水处理厂废水排放对受纳水环境耐药组的影响机制)

期刊:Frontiers of Environmental Science & Engineering

作者:Zhiguo Su, Lyujun Chen, Donghui Wen

发表时间:02 Nov 2023

DOI: 10.1007/s11783-024-1796-3

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提 要

污水处理厂作为人类活动与自然环境之间的纽带,为抗生素抗性基因和耐药细菌的选择和传播创造了理想条件。理解污水处理厂的废水排放行为对受纳水体中抗性基因分布和扩散的影响机制,对保障人类和环境健康至关重要。本文综述了受到废水排放影响的各类水体中抗生素耐药组的最新研究,总结了关键的影响机制,提出未来研究和管控策略的建议,以促进污水处理厂的抗性基因排放标准的建立。

研 究 概 览

由于目前没有抗生素抗性基因(ARGs)等新污染物的处理和排放标准,现有的污水处理工艺并不能有针对性地去除污水中的ARGs或抗生素耐药细菌(ARB),甚至还会增加ARGs的丰度和多样性。污水处理厂向河流、湖泊和海洋等水环境中排放尾水,会造成一定范围内水体中ARGs的显著扩散和传播。然而令人担忧的是,环境中的ARB和ARGs可以通过饮用水、食物链或直接接触等途径向人类社会传递,使某些人类病原体获得抗生素耐药性特征,危害公共健康。

因此,在“同一个健康”框架下,这种长期废水排放活动与受纳水体中抗生素耐药性发展的关联成为一个极为活跃的研究方向,深入阐释废水排放对受纳环境耐药组的影响机制,对理解环境ARGs的归趋、保护人类和环境健康都具有重要意义。

本文对近年来的相关文献进行调研,总结了污水处理厂废水排放对受纳水环境耐药组的8种潜在的影响机制(图1):① 污水处理厂的进水组成和处理规模影响着ARGs的排放;② 污水处理厂排放的悬浮颗粒物是ARGs的重要载体;③ 污水处理过程选择并富集了持久性的ARGs和ARB;④ 排水中残留的抗菌物质和可移动遗传元件继续发挥关键的驱动作用;⑤ 废水排放改变了受纳水体的微生物群落结构;⑥ 污水处理厂的溢流污水是ARGs的临时污染源;⑦ 废水排放的影响受到空间因素的制约;⑧ 受纳水体中的生物膜放大了废水排放的影响。

图1 废水排放对受纳水体中ARGs分布和扩散的影响机制

同时,本文列出了现有研究的不足,包括(1)研究区域缺乏对近海环境和沉积物环境的研究;(2)研究对象除城镇生活污水外,应突出医院、农场和不同工业废水的潜在风险;(3)研究方法仍依赖传统方法,缺乏宏基因组学和实验室实验等直接证据;(4)以ARGs多样性和丰度的增加作为唯一指标,缺乏对其生物学意义和环境风险变化的探究,如何开展准确的溯源和影响程度定量评估仍面临挑战。

针对上述研究不足,文章展望了未来的研究重点:(1)探究不同类型污水处理厂的ARGs赋存、去除和排放特征,分析ARGs在不同污水受纳水环境中的归趋、分布和传播过程,阐明ARGs的“源-汇”关系和沿食物链传递的环境健康风险;(2)建立室内培养实验体系,从分子和细胞水平深入探讨废水中的不同生物和非生物因素对污水受纳水环境中ARGs传播扩散的影响机制,识别关键的影响因子和ARGs水平转移途径;(3)重点开发宏基因组、宏转录组、宏病毒组等多组学联用技术,为全面筛查环境耐药组、精准分析ARGs的分子遗传特性提供有力支撑。此外,本文为探索合理有效的管控策略提供了建议:一方面应基于环境监测、高通量测序和大数据分析等技术建立高效的环境耐药组风险监测和溯源平台;另一方面继续探究不同的污水处理工艺改造或升级对抗生素耐药性的削减效果,构建以水生态健康为目标导向的技术优化策略。

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本文内容来自FESE期刊2024年第18卷第3期发表的Review文章 “Impact of wastewater treatment plant effluent discharge on the antibiotic resistome in downstream aquatic environments: a mini review”。通讯作者为北京大学温东辉教授。

引用格式:Zhiguo Su, Lyujun Chen, Donghui Wen. Impact of wastewater treatment plant effluent discharge on the antibiotic resistome in downstream aquatic environments: a mini review. Front. Environ. Sci. Eng., 2024, 18(3): 36

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期刊简介

Frontiers of Environmental Science & Engineering 是由高等教育出版社、中国工程院和清华大学共同主办的环境领域综合学术期刊,聚焦环境领域前沿问题与研究成果,重点关注开创性、跨学科的研究,致力于打造具有国际影响力的高水平学术交流平台,是中国工程院院刊系列期刊、中国科技期刊卓越行动计划重点期刊。

主编:曲久辉院士,John Crittenden院士

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