水環(huán)境中細菌整合子的研究進展

(沈陽化工大學(xué) 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(chǎn)生的，由于ARGs可以通過移動性基因元件在環(huán)境中不同種屬間的細菌間進行轉(zhuǎn)移和傳播，Pruden指出，由于ARGs的廣泛散播，其可以作為公共衛(wèi)生問題被認為是新出現(xiàn)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(zhuǎn)移中發(fā)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(jié)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(zhì)粒或染色體上，或自身作為轉(zhuǎn)座子的一個組成部分而參與轉(zhuǎn)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(jié)了近年來國內(nèi)外有關(guān)整合子在水環(huán)境領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀。

一、醫(yī)院廢水中整合子的研究現(xiàn)狀

由于醫(yī)院及其附近的廢水中含有大量抗生素，在環(huán)境選擇壓力下，細菌有更高的耐藥性，細菌整合子出現(xiàn)的頻率更高。Bezares等從醫(yī)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(fā)現(xiàn)75%攜帶intI1。Mokracka等從醫(yī)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(qū)醫(yī)院周邊生活廢水中391株不同耐藥性腸桿菌菌株，發(fā)現(xiàn)其對氨節(jié)西林、甲氧節(jié)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(jié)構(gòu)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(fā)現(xiàn)64.1%為耐藥整合子細菌。此外，有研究表明醫(yī)院廢水中耐藥菌整合子高于其他環(huán)境，可能是由于醫(yī)院廢水高抗生素選擇壓力造成的。

二、養(yǎng)殖場廢水中整合子的研究現(xiàn)狀

由于養(yǎng)殖場(水產(chǎn)、畜禽)對抗生素的使用量很大，養(yǎng)殖廢水中細菌整合子出現(xiàn)的頻率很高。Yohanna等從墨西哥某鯉魚養(yǎng)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(tài)系統(tǒng)的165株大腸桿菌進行了檢測，發(fā)現(xiàn)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(yǎng)殖場細菌耐藥性較強，應(yīng)對養(yǎng)殖場抗生素的使用應(yīng)合理控制。

三、污水處理廠中整合子的研究現(xiàn)狀

污水處理廠可能是細菌整合子和抗性基因進行水平轉(zhuǎn)移的重要環(huán)境，近年來關(guān)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(qū)的某污水處理廠中分離出24株氣單菌胞(Aeromonas)，發(fā)現(xiàn)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(jīng)處理和已經(jīng)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(jié)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(yǎng)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(fā)現(xiàn)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(guān)基因盒的去除率高達 90%。說明了污水處理廠在環(huán)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(guī)污水處理廠流程中應(yīng)加強抗性基因污染監(jiān)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(xiàn)狀

由于污水向自然水體的排入和ARGs的水平轉(zhuǎn)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(fā)現(xiàn)自然水體的細菌整合子檢出越來越高。Mukherjee等調(diào)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(fā)現(xiàn)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(jīng)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(fù)耐藥細菌，藥敏試驗結(jié)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(fā)現(xiàn)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(dǎo)的耐藥基因的水平轉(zhuǎn)移對生態(tài)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(huán)境，而細菌多重耐藥性與整合子陽性檢出率密切相關(guān)，人類感染超級細菌的報道不計其數(shù)，因此，對環(huán)境中整合子的分布進行調(diào)查研究很有必要，但關(guān)于整合子在土壤與空氣環(huán)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(huán)流動性極強的環(huán)境介質(zhì)，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(huán)境中的整合子進行檢測與控制十分有必要。