空氣環境中抗生素抗性基因研究進展

畢聰聰，汪慶，曹弘揚，梁海崟，郭紹月

（河北工程大學能源與環境工程學院河北省大氣污染成因與影響重點實驗室（籌），河北 邯鄲 056038）

抗生素有殺死有害菌和促進生長的作用被廣泛地應用于制藥、農業、養殖業等領域。在抗生素存在的環境背景下，產生抗藥性的菌株存活下來，這些菌株多數攜帶抗生素抗性基因。抗生素抗性基因可通過接合、轉化和轉導等方式完成從一個細菌到另一個細菌的傳播擴散，并且可以垂直傳遞。抗生素抗性基因的傳播擴散使得其在環境中廣泛存在。攜帶抗生素抗性基因的菌株可通過空氣、食物和飲用水等媒介進入人體使得人體含有耐藥菌，影響人體生命健康。已有多項研究指出，抗生素抗性基因的存在會造成臨床上常規抗生素醫治無效。此外，“超級細菌”的出現更會加重此局面。

文章重點對抗生素使用量大的典型場所空氣環境中抗生素抗性基因進行了綜述，了解污水處理廠、養殖場、醫院和人類生活功能場所抗生素抗性基因污染特征，為空氣污染健康風險評估研究提供依據。

1 空氣中抗性基因研究狀況

污水處理廠空氣環境中攜帶抗生素抗性基因的菌株普遍存在。高新磊等人的研究指出13個空氣樣本中erm、sul1、sul2和tetC 4種抗性基因檢出率100%[1]。在篩選室和生物反應池可檢測到sul2和1類整合酶。此外，相同環境背景下空氣中抗性基因的種類不同，其含量也不同。Wang等人指出污泥濃縮機附近機載bla TEM-1的濃度為2.6×104copies/m3，blaOXA-1的濃度為4.8×103copies/m3，blaAmpc的濃度為8.8×102copies/m3[2]。污水處理廠不同介質中抗性基因含量不同，一般來說，污水和污泥介質中抗性基因含量比空氣介質高出約2～4個數量級。

養殖場動物集中存在，因此空氣環境中可檢測到抗生素抗性基因，其中以四環素類抗性基因較為普遍，這與四環素在養殖場的大量使用有關。在雞飼養場可檢測到tetW和tetL抗性基因，在封閉豬場空氣環境中也檢測到四環素類抗性基因，其中tetG抗性基因分布最為廣泛。Hong等人檢測到養殖廠封閉式建筑物的空氣中有豐富的四環素抗性基因，其濃度高達1.69×106copies/ng·DNA。抗性基因的濃度與抗生素使用量直接相關，此外，其他因素也影響抗性基因濃度[3]。

Wang等人在醫院空氣環境中檢測到19種抗性基因，醫院占主導的抗生素抗性基因濃度差別不大，相比其他采樣點有最高的均衡性。其中blaTEM-1和blaOXA-1基因濃度達103-105copies/m3，輸液室中抗生素抗性基因的總濃度高達9×105copies/m3。臨床上可檢測到大腸桿菌攜帶多種抗性基因，其中blaCTX-M基因存在最為普遍。此外，耐甲氧西林金黃色葡萄球菌可檢測到4類6種抗生素抗性基因，且檢出率高。

2 空氣中抗性基因溯源解析研究

了解污水處理廠抗性基因的分布情況，清楚空氣環境中抗性基因的來源，有助于有效降低空氣中抗性基因的含量。一般來說，污水處理廠進水、出水和污泥中抗性基因含量比空氣高出約2～4個數量級，空氣中抗性基因可能是污水污泥中的抗性基因通過充氧曝氣等作用而來。由于抗性基因的傳播，污水廠臨近的居民區空氣中抗性基因與污水廠空氣約處于同一水平，推斷污水廠可能是居民區空氣環境中抗性基因的來源。曝氣、機械攪拌和室內處理設施是空氣細菌的主要來源，因此研究污水廠曝氣、機械攪拌和室內處理設施單元中抗性基因污染特征更具代表性，研究結果將為污水廠空氣中抗生素抗性基因來源提供依據。

養殖場中摻有大量抗生素食料的動物飲食器具、糞便和尿液等，都可能是空氣中抗性基因的來源。有研究指出空氣環境中抗性基因tetX和tetW的重要來源是養殖場。有關報道指出抗生素抗性基因在糞便中的檢出率高于空氣中，推斷糞便可能是空氣中抗性基因的主要來源。舍內空氣中抗性基因檢測濃度遠遠高于舍外空氣，糞便或舍內可能是舍外空氣中抗性基因的來源。除此之外，不同動物對空氣中抗性細菌貢獻量不同，豬舍大于牛舍，肉雞舍大于蛋雞舍（耐四環素和紅霉素兩種抗性菌濃度），研究結果可為空氣中耐四環素和紅霉素兩種抗性基因的來源提供依據。

醫院空調及通風系統是抗性菌的儲存庫。由于機械系統的循環作用，機械通風和空調系統中的致病性微生物在機械系統和其所作用的室內空間循環，影響室內人體健康。有研究在醫院空調過濾網檢測到19種抗生素抗性基因，醫院空調及通風系統可能是空氣中抗性基因的來源。病房內水槽可能是抗性基因的來源，有研究指出水龍頭打開時水槽內攜帶抗性基因銅綠假單胞菌飄散在空氣中，洗手時會傳播至手。此外，地板、床單和人本身及一些病房內的外部環境也可能是抗性基因來源。已有相關研究指出空氣中抗性基因來源是上述介質。

3 抗性基因健康風險評估

臨床上與抗生素抗性基因有關的報道越來越普遍。一項疾病中存在的抗生素抗性基因會直接影響到該疾病的治療方案，弄清疾病中存在的抗性基因種類，臨床治療時避免使用無效抗生素，才能更高效的治愈疾病，避免加重病情或死亡。

臨床上與抗性基因有關的報道越來越普遍。相對于外部環境，人體內檢測到的抗性基因平均豐度更高。臨床上呼吸道和下呼吸道感染與sul2抗性基因存在有關。此外，有研究指出引起細菌性胃腸炎的彎曲桿菌攜帶18個抗性基因。鮑曼不動桿菌攜帶blaOXA-23和blaOXA-51抗性基因，對β-內酰胺類、氟喹諾酮類和氨基糖苷類藥物有抗性。Bla類抗性基因在呼吸道微生物中流行，副流感嗜血桿菌中可檢測到的抗性基因占一半以上是Bla類。病原體弧菌侵入生物體會有不良反應，人體表現為腸炎、菌血癥或持續性水樣腹瀉等癥狀，病原體弧菌攜帶抗生素抗性基因，藥敏實驗證實其對喹諾酮類藥物、紅霉素和氯霉素等有抗性。由于抗生素的濫用，菌株抗藥性增加，對至少2種抗生素具有耐藥性，更甚至產生“超級細菌”。

4 研究展望

隨著抗生素使用量的增加，空氣環境中抗生素抗性基因含量逐年升高。空氣介質中抗性基因的存在對生物體生命健康有潛在性危害。本文通過綜述污水處理廠、醫院和集約化養殖場3個典型場所空氣環境中抗性基因和抗性菌的污染現狀，對未來抗性基因研究提出幾點建議：一是從源頭出發，降低空氣環境中抗性基因的濃度。制定相關法律法規，約束各行各業抗生素濫用行為，實現抗生素的合理使用；二是對“高風險”環境（污水處理廠、醫院、養殖場等）進行實時在線檢測，制定出干預抗性基因和抗性菌傳播擴散的方案；三是建立空氣中抗性基因監測網絡，確保及時得到抗性基因的相關研究數據；四是采用先進的抗性基因采集和檢測技術，提高采集效率，檢測結果為相關部門改善空氣質量和預防疾病傳播提供可靠依據。