给水滤池低胁迫贫营养条件下抗生素抗性基因的水平转移规律

The horizontal transfer of antibiotic resistance genes (ARGs) allows different species of bacteria the ability to resist antibiotics, which is an important mechanism for the spread and diffusion of microbial resistance, and even poses a great threat to human health. Biological filter in drinking water plant is low stress and oligotrophic, the biofilm inside the filter may be the potentially high prevalence area of horizontal gene transfer. This study aims to investigate the effects of the physical and chemical characteristics and the microbial community of biofilm on the plasmid-conjugation and the spread of multiple resistance inside the filter; the risk of that waterborne pathogens obtain and express antibiotic resistance via horizontal gene transfer; and the probability of biological leakage. With the help of simulation of water treatment technique, Real-Time PCR, cloning, physical and chemical analysis or characterization, this study tries to reveal the effects of biofilm under low stress and oligotrophic conditions on the spread of antibiotic resistance in drinking water treatment, and provide theoretical basis and data for water security protection and reducing the microbial risk of drinking water.

抗生素抗性基因（antibiotic resistance genes，ARGs）的水平转移可使不同种属的细菌获得对抗生素的抗性，是细菌抗性传播和扩散的重要机制，并给人类健康带来了巨大的潜在威胁。给水生物滤池具有低胁迫和贫营养的特性，其生物膜是水平基因转移的潜在高发地。本项目主要研究给水滤池生物膜的微生物群落、物理化学特征对抗性质粒接合及多重抗性扩散的影响；以及水传病原微生物基于水平基因转移机制获取和表达抗生素抗性的风险及泄露可能。本项目借助水处理工艺模拟、实时荧光定量PCR、分子克隆、物理及化学分析或表征等方法，力求揭示低胁迫贫营养条件下生物膜对抗生素抗性传播的作用，为保护水质安全，降低饮用水微生物风险提供理论依据和基础数据。

抗生素抗性基因的水平转移能够使致病菌获得抗生素抗性。给水系统生物膜中微生物聚集，是抗性基因转移的一大可能区域。本项目主要研究了给水滤池中不同滤料生物膜对 ARGs通过质粒水平转移的影响；低胁迫贫营养条件下生物膜中质粒接合方式的抗性基因转移规律；加氯产生的消毒副产物作为胁迫因子对管网生物膜中细菌的抗性的影响；自然水体中整合子携带的抗性基因在微生物群落中的分布情况。实验建立了模拟水厂滤池小试装置，并建立了质粒转移系统；发现滤料生物膜的存在会加强微生物的抗生素抗性，并且比表面积较大的滤料生物膜会明显加强以质粒接合方式进行的水平基因转移；加氯产生的消毒副产物会降低给水生物膜中微生物的单抗生素抗性，但会加强微生物的多重抗性，同时导致微生物中I类整合子基因丰度变高。本项目的科学意义在于阐明给水生物滤池在抗生素抗性方面的微生物风险，为加强对抗生素抗性在给水处理特殊生境中的监管和控制提供理论依据和数据支持，防范饮用水安全事故及潜在危险，保护群众饮水健康。