自杀质粒对再生水中病原微生物的抑制机理研究

The health risk of pathogenic microorganisms in reclaimed water influences its sustainable development. In the process of reclaimed water recharging and reuse, pathogenic microorganisms with low activity state exist in the water, which leads to uneven distribution of population of pathogenic microorganisms and instable pathogenic dose, obscure invasive activity and increasing risk of re-exposure. This research aims to utilize suicide plasmids to suppress Cryptosporidium and Klebsiella pneumoniae  in reclaimed water. The objectives of this research include: (1) analysis of health risk and population structure of pathogenic microorganisms in reclaimed water; (2) study on mechanisms of   suicide plasmids controlling population of pathogenic microorganisms; (3) application of suicide plasmids suppressing pathogenic microorganisms in reclaimed water; (4)the efficiency and response mechanism of suicide plasmid infection 0n target microorganisms in reclaimed water.The research results can not only provide the theoretical basis and technical support for reclaimed water storage and pathogenic risk prevention and control, but also make contribution for the development in the corresponding field of sewage regeneration. There are strong theoretical and practical values in this project.

再生水中病原微生物引起的健康风险，是我国再生水储存回用战略可持续性发展的一个重要影响因素。在再生水回用过程中，病原微生物常以低活性状态存在，导致病原微生物种群分布不均匀和感染致病剂量不稳定，进而掩盖了其侵袭活性并增加了其再爆发风险，其风险防控已成再生水治理的关键。本研究以再生水中隐孢子虫和肺炎克雷伯氏菌为研究对象，从利用自杀质粒抑制水体中病原微生物为切入，拟开展以下研究：（1）再生水中病原微生物种群沉默、再爆发机理分析；（2）建立再生水储存回用体系中病原微生物爆发风险预测模型；（3）自杀质粒系统（致死基因元件和启动子控制元件）的编辑和构建；（4）自杀质粒感染再生水中目标病原微生物种群效率评估。预期成果不仅能为再生水储存回用中病原微生物的风险防范与控制提供理论基础与技术支撑，还能为污水再生领域的发展做出相应的贡献，有较强的理论与实用价值。

第一，再生水中的病原微生物种群结构和风险评估，采用Illumina MiSeq平台进行测序，实现种群结构分析，对比分析了二级出水和再生水的优势种群微生物和病原微生物种群，分析抗性基因种类和表达情况：再生水与二级出水具有相似的真菌种群结构，再生水水样中，真菌以裂孢蛙粪霉（Basidiobolus meristosporus）；油壶菌（Olpidium brassicae）；裂梗霉属（Schizangiella serpentis）；曲霉属真菌（Aspergillus subversicolor）；黑木耳真菌（Auricularia auricula_judae）；假散囊菌属（Pseudeurotium hygrophilum）等为优势菌群，再生水的主要病原菌为裂孢蛙粪霉（Basidiobolus meristosporus），可以致人患皮肤感染疾病。而在二级出水水样，病原菌裂孢蛙粪霉（Basidiobolus meristosporus）含量较低；第二，以再生水中的病原微生物脑膜脓毒性金黄杆菌(Chryseobacterium meningosepticum)为研究对象，选择再生水的储存回用为实验背景，以控制病原微生物风险为研究目标，实现对病原微生物风险的控制：研究自杀质粒应用对于再生水中病原微生物种群的风险控制机理，利用构建的能够诱导脑膜脓毒性金黄杆菌细胞裂解的质粒pNJR6杀灭病原菌，从而实现先絮凝去除再诱导杀死，以降低脑膜脓毒性金黄杆菌在再生水中的感染风险的目的；第三，探讨自杀质粒抑制系统在再生水野外储存和回用的环境和生态安全性，种群结构分析表明，病原菌针对性抑制过程不影响优势菌群成分，对再生水污染物迁移转化无显著影响。