英文标题：Microalgae simultaneously promote antibiotic removal and antibiotic resistance genes/bacteria attenuation in algal-bacterial granular sludge system

中文标题：微藻促进ABGS中抗生素去除和抗生素抗性基因/细菌衰减

合作单位：南开大学环境科学与工程学院

期刊名称：Journal of Hazardous Materials?

影响因子：12.2

百迈客生物为该研究提供了宏基因组测序服务。

研究背景

抗生素在世界范围内被广泛用于预防/治疗人类和动物疾病，由此不可避免的造成了水体的抗生素污染，而水体微生物受到诱导，会产生一些抗生素抗性基因和抗生素耐药性，藻-细菌颗粒污泥（ABGS）是在细菌颗粒污泥（BGS）的基础上发展起来的藻-细菌颗粒型共生系统，用于含抗生素的废水处理。

研究方法

宏基因组测序、代谢组检测、COD、TN、TP、NH₄⁺-N、MLSS、MLVSS

技术路线：

研究结果

耐药基因ARGs，可移动遗传元件MGEs以及生物群落结构分析

两个反应体系的DNA样本中共检测到24种ARGs，相对丰度排名前五的是多药、磺胺嘧啶、四环素、氨基糖苷和肽ARGs亚型。与第45天相比，第90天添加TC和SDZ 4 mg/L后，TC和SDZ相关ARGs的相对丰度分别增加了116.3 %（R0）和60.2 %（R1）。表明，TC和SDZ混合添加加速了两种反应器中ARGs的富集，而ABGS中藻类的生长减缓了总ARGs和TC/SDZ相关ARGs的增长率。

此外，一些非TC和SDZ相关的ARGs也被富集，是由于抗生素的共选择效应，即一些微生物可以编码存在于同一染色体、质粒、转座子或整合子中的多个ARGs，而氨基糖苷类和多肽的比例增加更明显，可能是由于它们对TC和SDZ的选择压力更敏感。R0和R1中检测到的TC/SDZ相关的ARGs亚型总数有26个（(23tets?及 3?suls），其中17个tets和2个suls是共有的，R0和R1中tetX基因含量最高，而sul1在R0和R1中为优势基因，由于tetX基因参与了TC的生物降解和转移，因此两种反应体系中TC的高去除效率可以归因于该基因的显著富集，sul1明显的富集可能与intI1介导的水平基因转移（HGT）过程有关。

与第45天不添加抗生素的情况相比，第90天整合子和ISs的相对丰度分别增加了40.7 %（R0）和18.6 %（R1），与ARGs的变化趋势一致，IntI1是R0（252.1 ppm）和R1（209.5 ppm）中较丰富的整合子。相关性分析结果表明，R0中17种ARGs和R1中11种ARGs与ISs和整合子呈正相关，总体而言，在相同的抗生素处理条件下，两种反应体系中TC-和SDZ-相关ARGs和MGEs的相对丰度随时间的增加而增加，但在R1中比R0中分别降低了56.1 %和22.1 %，一方面是由于藻类的生长可能会改变ABGS中的细菌群落结构，影响ARGs的丰度，另一方面也说明微藻降解抗生素可能降低了抗生素对细菌的选择压力。

PCoA分析结果显示，r0和r1之间在40天时差异最大，说明微藻的生长导致了BGS和ABGS之间的细菌进化的显著差异。而在添加抗生素后，R0和R1在第65天和第90天的位置较初始有明显偏移，表明抗生素的选择压力改变了BGS和ABGS的细菌群落结构。门水平相对丰度结果显示，变形菌门、浮霉菌门和拟杆菌门一直是R0和R1的三个优势门，表面其受抗生素影响较小。研究表明，变形菌门和拟杆菌门是好氧废水处理系统中常见的两种异养细菌，主要具有去除氮、磷和水解大分子有机物的功能，而变形菌门和浮霉菌门对抗生素具有高度的固有耐药性，并且与大多数靶ARGs呈正相关，硝化螺旋菌主要富集在r0中，而厚壁菌门主要富集在R1中。添加抗生素后，氯霉在R0和R1中的相对丰度上升，而氯霉可作为可移动遗传成分转移的指示物种。科水平的分析结果表明，红杆菌科、异孢菌科和黄单胞菌科是R0和R1的优势菌，表明他们对抗生素具有一定程度的耐药性，并在维持颗粒状稳定性方面发挥了重要作用。此外，添加抗生素后，硝化螺菌科、红环菌科在R0中丰度下降而在R1中上升，腐螺旋菌科也在R1中富集。据报道，硝化螺菌科、红环菌科和腐螺旋菌科与废水中营养物质的去除密切相关，微藻可能促进其在ABGS中的生长，也表明ABGS中的微藻生长也有利于提高硝化螺旋体科、红环科和腐螺旋体科的耐药性。此外，韦荣氏球菌科主要富集在R0中，韦荣氏球菌科与污水处理厂大量ARGs和intI1呈显著正相关，这可能是造成R0中ABGS中ARGs水平低于BGS的部分原因。真核生物属水平相对丰度分析结果显示，ABGS中斜生四链藻和小球藻的持续生长提高了抗生素和常规污染的去除效率。

研究结论

本文研究了微藻生长对ABGS中TC和SDZ混合物去除，以及对和ARGs/ARGs宿主衰减的影响。与BGS相比，ABGS不仅能更有效地去除抗生素，而且还能大大减少ARGs/ARGs宿主的生成，网络分析进一步揭示了宿主细菌与ARGs之间的共现模式，BGS中MGEs和ARGs宿主的相对丰度显著高于ABGS，本研究结果表明，ABGS是一种更有前途的含抗生素废水处理生物技术。

参考文献：

1.Xiaole Yin, et al.”ARGs-OAP v3.0: Antibiotic-Resistance Gene Database Curation and Analysis Pipeline Optimization.”Engineering?27.(2023):234-241.2.Liu Wenhao, et al.”Microalgae simultaneously promote antibiotic removal and antibiotic resistance genes/bacteria attenuation in algal-bacterial granular sludge system.”Journal of Hazardous Materials?438.(2022):129286-129286.