水環境中細菌整合子的研究進展

(沈陽化工大學 遼寧 沈陽 110142)

前言

細菌耐藥性是通過抗生素抗性基因(ARGs)的表達產生的，由于ARGs可以通過移動性基因元件在環境中不同種屬間的細菌間進行轉移和傳播，Pruden指出，由于ARGs的廣泛散播，其可以作為公共衛生問題被認為是新出現的“污染物”。近年來一種新型的、可攜帶多種耐藥基因的基因元件——整合子被認為在ARGs的水平轉移中發揮了重要的作用。整合子是一種基因單位，在整合酶的催化下，通過特異性結合位點捕獲外源基因(特別是耐藥基因)并使之表達，同時整合子又可整合到質粒或染色體上，或自身作為轉座子的一個組成部分而參與轉移，使耐藥基因在同種和不同種屬細菌間廣泛傳播。本文總結了近年來國內外有關整合子在水環境領域的研究現狀。

一、醫院廢水中整合子的研究現狀

由于醫院及其附近的廢水中含有大量抗生素，在環境選擇壓力下，細菌有更高的耐藥性，細菌整合子出現的頻率更高。Bezares等從醫院廢水中分離出123株耐碳青霉烯抗生素的銅綠假單胞菌(Carbapenem-resistantPseu-domonasaeruginosa)，發現75%攜帶intI1。Mokracka等從醫院廢水中分離出的陰溝腸桿菌(Enterobactercloacae)，有54%攜帶整合子。Xia等篩選了濟南地區醫院周邊生活廢水中391株不同耐藥性腸桿菌菌株，發現其對氨節西林、甲氧節陡、硫代異哇的耐藥性大于85%，1型整合子比率為593%，2型整合子的比率為9.2%，未篩選到3型整合酶陽性的菌株，含有整合子結構的菌株比不含整合子的菌株有更強的耐藥性。Yang等從臨床中分離出153株志賀氏桿菌(Shigella)，發現64.1%為耐藥整合子細菌。此外，有研究表明醫院廢水中耐藥菌整合子高于其他環境，可能是由于醫院廢水高抗生素選擇壓力造成的。

二、養殖場廢水中整合子的研究現狀

由于養殖場(水產、畜禽)對抗生素的使用量很大，養殖廢水中細菌整合子出現的頻率很高。Yohanna等從墨西哥某鯉魚養殖廠中新鮮的魚體中分離出46株氣單胞菌，其中有20株攜帶一類整合子。梁等對來自魚塘生態系統的165株大腸桿菌進行了檢測，發現攜帶有耐藥基因的比率為91.51%。對帶有4種以上耐藥基因的菌株檢測，Ⅰ整合子酶基因陽性檢出率為87.84%，攜帶有7種耐藥基因的菌株全部為Ⅰ整合酶基因陽性，Ⅱ型整合酶基因陽性菌株檢出率10.81%，由此可見，養殖場細菌耐藥性較強，應對養殖場抗生素的使用應合理控制。

三、污水處理廠中整合子的研究現狀

污水處理廠可能是細菌整合子和抗性基因進行水平轉移的重要環境，近年來關于污水處理廠中細菌整合子的研究越來越多。Igbinosa等從南非地區的某污水處理廠中分離出24株氣單菌胞(Aeromonas)，發現100%的氣單胞菌對萬古霉素、青霉素、氨芐青霉素、苯甲異唑青霉素抗生素具有抗性，其中20.8%攜帶一類整合子。Kotlarska等在兩個污水處理廠未經處理和已經處理的水體中、海洋排污口和維斯瓦河河口中分離出大腸桿菌并分析其耐藥性，結果顯示其對多種抗生素有耐藥性，分離株的32.06%檢測到一類整合子，3.05%檢測到二類整合子。Mokracka 等從采用活性污泥法處理工藝的某個污水處理廠不同處理工藝階段中分離出了 1 832 株可培養菌，其中 12.1%攜帶整合子，進水、曝氣池和出水中攜帶整合細菌的比例分別為22.3%、4.8%和 9.0%。而Zhang 等發現香港和上海某污水處理廠活性污泥法處理過程中對Ⅰ類整合子和相關基因盒的去除率高達 90%。說明了污水處理廠在環境中傳播抗性基因具有重要作用，并且由于污水處理廠使用的工藝不同，整合子與耐藥基因的去除效率也不同，建議在常規污水處理廠流程中應加強抗性基因污染監測，提高細菌整合子的控制水平。

四、自然界水體中整合子的研究現狀

由于污水向自然水體的排入和ARGs的水平轉移，耐藥菌已不只存在于污水和廢水中，近年來的許多研究發現自然水體的細菌整合子檢出越來越高。Mukherjee等調研了印度托爾薩河中革蘭氏陰性菌攜帶一類整合子的情況，發現100株革蘭氏陰性菌中有40%攜帶一類整合子。在我國，對天然水體中整合子的研究已經取得了一些進展，Yin等從太湖中分離出78株細菌，其中38.5%攜帶整合子，Lin等從九龍江流域選取21個站點采集表面水體樣品，篩選出191株無重復耐藥細菌，藥敏試驗結果顯示該191株耐藥細菌對八大類19種抗生素的耐藥率為8.9%～99.5%，所有菌株都對3種或以上抗生素有抗性，191株耐藥細菌均檢測出一類整合酶基因，5株檢測出二類整合酶基因，無菌株檢測到三類整合酶基因，并發現了新基因盒。自然水體中耐藥整合子的陽性檢出率越來越高，其介導的耐藥基因的水平轉移對生態和人類健康有很大的安全隱患。

五、展望

細菌整合子已廣泛存在于各種水體環境，而細菌多重耐藥性與整合子陽性檢出率密切相關，人類感染超級細菌的報道不計其數，因此，對環境中整合子的分布進行調查研究很有必要，但關于整合子在土壤與空氣環境中的分布特征研究較少，建議加強此方面的研究。另外，水體作為循環流動性極強的環境介質，其對耐藥菌的傳播擴散有更大的促進作用，因此對各類水環境中的整合子進行檢測與控制十分有必要。