生活垃圾填埋场中抗生素多抗性抗性基因的演化及调控

Landfills are important reservoirs of antibiotic resistant genes (ARGs). Multidrug Resistant Genes are the most harmful ARGs and have potential consequences, including death for organism if transferred to pathogens, posing serious threaten for human and ecosystem health. Previous study showed that multidrug resistant genes increased in abundance in refuse and leachate during refuse decomposition. However, the succession and control strategy of multidrug resistant genes in landfills remain unknown. .In this study, we will investigate the composition and succession of multidrug resistant genes during refuse decomposition in real landfills and bioreactor based on metagenomics analysis, establish the succession model of multidrug resistant genes, assess the key environmental factors impact on the variation of multidrug resistant genes, and verify the model and the key environmental factors by real landfilling operation. The study on the succession and control strategy of multidrug resistant genes in landfills will contribute to the mechanistic understanding of dynamics and practical management of multidrug resistant genes in landfills.

生活垃圾填埋场是新兴污染物抗生素抗性基因的储存库。多抗性抗性基因是抗性基因中危害性最高的种类，携带多抗性抗性基因的致病菌对多种抗生素耐药，会导致感染物种死亡，严重威胁人类和生态健康。前期研究表明多抗性抗性基因丰度随着垃圾稳定化进程显著升高，并通过渗滤液进入到环境中，导致高度生态环境风险，但是其在填埋场中的演化机制不明、其填埋场场内控制尚无研究。申请者以宏基因组技术分析实际垃圾填埋场不同填埋龄垃圾及模拟相应的入场垃圾降解过程中多抗性抗性基因的组成、主要类型及动力学特征，揭示其在垃圾降解过程中的演化机制并建立演化模型；以相关性分析探究影响多抗性抗性基因演化的关键调控因子，并基于影响因素分离以柱实验进行验证；最后以卫生填埋对多抗性抗性基因演化模型及关键调控因子进行校验。研究可为生活垃圾填埋场中多抗性抗性基因的环境行为提供科学依据，并为其在填埋场场内控制提供途。

抗生素抗性基因污染严重威胁人类和生态健康，是人类面临的重大挑战之一。多抗性抗性基因（Multidrug Resistance Genes, MDRGs）是抗性基因中危害性最高的种类，是抗性基因污染研究的热点。多抗性抗性基因的环境行为在污水处理厂等环境介质中得到较为广泛的研究，但是其在垃圾填埋场中鲜有研究。先前研究表明多抗性抗性基因在垃圾稳定化进程而升高，但是其在垃圾降解过程中演化机制不明，同时其在填埋场场内污染控制尚无研究。签于此，项目揭示了垃圾降解过程中的多抗性抗性基因的分布特征，阐明了多抗性抗性基因在填埋场垃圾降解过程中演化机制，识别了多抗性抗性基因的关键影响因子，研究为垃圾填埋场中多抗性抗性基因的环境行为提供科学依据，并为其在填埋场场内控制提供技术途径。.（1）MDRGs是垃圾填埋场的主要抗性基因类型，其水平在固相垃圾中随着垃圾降解进程而升高，抗生素外排泵是填埋场固体垃圾中MDRGs的主要抗性机制。.（2）理化性质对MDRGs具有较强的直接效应，并通过影响群落结构和可移动元件MGEs对MDRGs产生间接影响; 同时抗生素对MDRGs也有较强的间接效应。.（3）实验室模拟反应器和垃圾填埋实验表明典型多抗性抗性基因（qacEdelta1-1，oprD，qacH-01）在垃圾降解过程好氧阶段、产酸阶段以及产甲烷阶段固相垃圾中水平持续升高，含水率和总氮是其关键影响因子。.（4）鉴定出70个MDRGs属水平宿主，它们分属于4个门：变形菌门、放线菌门、厚壁菌门和拟杆菌门，这4个门也是垃圾降解最丰富的菌群。..依托项目资助，发表SCI论文14篇；培养研究生4名。