土壤和空氣中細菌整合子的研究進展

(沈陽化工大學 遼寧 沈陽 110142)

前言

細菌的耐藥性通常是由于抗生素抗性基因(ARGs)的表達產生的，世界衛生組織(WHO)已將ARGs作為21世紀威脅人類健康的最重大挑戰之一。近年來發現的一種基因元件——整合子，其檢出率被證明與細菌的耐藥性呈正相關，整合子可以通過特異性結合位點捕獲外源基因(特別是ARGs)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[1]，使ARGs在不同種屬細菌間進行水平轉移，因此對環境中整合子的分布特征進行研究顯得尤為重要，本文對土壤和空氣環境中整合子的分布特征進行了總結。

一、土壤中整合子的研究現狀

許多研究表明廢水灌溉、動物糞便或其消化物質作為肥料進入土壤，是耐藥菌進入土壤環境的重要傳播途徑。Jechalke等[2]對重復灌溉廢水的土壤進行了100年的觀測，結果表明由于重復灌溉廢水而導致細菌生物量增加，且ARGs和1類整合子豐度也顯著增加。N?lvak等[3]探討了礦物肥料(NH4NO3)、牛糞和牛糞沼渣對農業草原土壤中五種ARGs和兩類整合酶基因(intI1和intI2)的豐度和動態比例的影響，結果表明施加有機肥對土壤細菌群落中ARGs和整合酶基因的豐度有顯著影響，牛糞和牛糞沼渣均被證明是ARGs及整合子的重要來源。國內也有相關研究表明糞肥是土壤中整合子檢出率增高的原因，張等[4]采集了北京11個長期施用糞肥蔬菜基地的溫室土壤，與不施糞肥的大田土壤相比，溫室土壤的Ⅰ類整合子(intI1)檢出率比大田土壤高1.5倍。

除了田地土壤，在濕地土壤和水體沉積物與底泥中也檢測到了整合子。徐[5]在三峽庫區土壤和沉積物中檢測出了10種抗生素，sul1，sul2，tetA，tetB，tetM，tetQ，tetG和intI1的檢出率為100%，sul1的平均濃度最高，intI1含量水平僅次于sul1，且與多種ARGs顯著相關，表明三峽庫區受整合子基因污染較為嚴重，整合子可能促進ARGs的水平基因轉移。麥等[6]分析了夏、冬季節9個不同構型人工濕地中的葡萄球菌、假單胞菌兩種土著菌對7種常用抗生素的耐藥性，結果顯示，濕地基質中int1基因的相對豐度為0.54%～3.68%，約84%的菌株對所測試的抗生素具有耐藥性，多重耐藥率達到68%以上。可見，土壤中ARGs污染已十分嚴重，為減小ARGs在土壤中的傳播，應在農業灌溉和施肥方面加強控制與管理。

二、空氣中整合子的研究現狀

我國細顆粒物污染嚴重，細菌很容易吸附于空氣中的細顆粒物尤其是PM2.5，目前已在養殖場、醫院、公共場所、城市住宅的空氣中檢出耐藥菌，由于空氣中的病原菌易被人吸入體內，攜帶整合子的耐藥菌對人體健康有很大威脅，因此對空氣中細菌整合子的分布特征進行研究有重要的意義。Navajas Benito等[7]對奶牛場及其周邊地區的空氣和滲出物樣本中的分離株進行抗性檢測，共檢測到7株含有1類整合子的細菌，其攜帶的主要基因盒為dfrA1-aadA1，另外還檢測到21.8%的菌株具有耐藥性，14%的菌株具有多重耐藥性，表明耐藥菌可以通過空氣從養殖場傳播到周圍環境。Ling等[8]從科羅拉多州的室內及室外環境中收集氣溶膠樣品，室外環境包括城市、半城市、畜牧業和高山森林地區，室內環境包括集約化養殖場(CAFOs)、診所及收容所，結果在CAFOs中檢測到與多重耐藥有關的1類整合子的整合酶基因(intI1)，且CAFOs的空氣中具有比其他環境高10到100倍濃度的16S rRNA、tetX和tetW基因，研究結果表明CAFOs和診所是空氣中ARGs的主要來源，并可以通過空氣運動進行運輸。在國內，Li等[9]使用高流量離心取樣器(RCS)收集來自北京污水處理廠的十二個采樣點(包括七個廠內場地、一個逆風場和四個順風場)的樣品，結果從格柵室和生物反應池收集的空氣樣品中檢測到耐復方新諾明的sul2基因和1類整合酶基因，并且在污泥濃縮池附近空氣中的氣溶膠具有更高的細菌和真菌濃度，總體而言，污水處理廠的格柵室、污泥濃縮池和生物反應池附近的空氣中有較高的耐藥細菌濃度。由此可見，養殖場和污水處理廠附近空氣中的ARGs污染更嚴重，整合子的檢出率也更高。

三、結論

土壤中耐藥菌和整合子的檢出率越來越高，且土壤中整合子的陽性率受地點、季節、溫度等其他環境因素影響較大，加深土壤中整合子的研究對于探究耐藥基因在環境中的傳播轉移機制有重要的意義。隨著空氣中細顆粒物污染的加重，給耐藥基因在空氣中的傳播提供了有利條件，而人類通過呼吸使帶有耐藥整合子的細菌進入人體，對人類健康有直接影響，但由于對空氣中整合的污染現狀缺乏足夠的信息，且采樣方法和檢測分析方法尚未標準化，因此該領的域研究既有發展空間又有一定的難度，目前國內外關于空氣中整合子的研究還很薄弱。