Microbiome and Resistome Profiles along a Sewage-Effluent-Reservoir Trajectory Underline the Role of Natural Attenuation in Wastewater Stabilization Reservoirs

doi:10.1128/aem.00170-23

.2023年6月28日；89（6）：e0017023。

doi:10.1128/aem.00170-23。 Epub 2023年5月18日。

污水-污水-水库轨迹沿线的微生物组和抗性组剖面强调了自然衰减在废水稳定水库中的作用

附属机构

¹葡萄牙波尔图Católica大学、生物技术中心和Química Fina、Laboratório Associado、Escola Superior de Biotecnologia。
²以色列Rishon-Lezion农业研究组织火山研究所土壤、水和环境科学研究所。
^三法国南希洛林大学，CNRS，LCPME。
⁴德累斯顿理工大学水生生物研究所，德累斯顿，德国。
⁵以色列凯撒利亚Fluence公司。

^#贡献均等。

PMID： 37199629
预防性维修识别码：项目编号：10304787
内政部： 10.1128/aem.00170-23

污水-污水-水库轨迹沿线的微生物组和抗性组剖面强调了自然衰减在废水稳定水库中的作用

在莱昂等。应用环境微生物. 2023.

.2023年6月28日；89（6）：e0017023。

doi:10.1128/aem.00170-23。 Epub 2023年5月18日。

附属机构

¹葡萄牙Catoólica University Portuguesa，Centro de Biotecnologia e Química Fina，Laboraório Associado，Escola Superior de Bioteconologia，Porto，Portugal。
²土壤、水和环境科学研究所，沃尔卡尼研究所，农业研究组织，以色列里森莱锡安。
^三法国南希洛林大学，CNRS，LCPME。
⁴德累斯顿理工大学水生生物研究所，德累斯顿，德国。
⁵以色列凯撒利亚Fluence公司。

^#贡献均等。

PMID： 37199629
预防性维修识别码：项目编号：10304787
内政部： 10.1128/aem.00170-23

摘要

抗生素耐药细菌和抗生素耐药基因（ARG）负荷通过污水处理厂消散到接受水环境中，但由于全尺寸系统的复杂性和下游环境中来源追踪的困难，缓解这些ARG扩散的机制尚不清楚。为了克服这一问题，我们选择了一个由半商业膜曝气生物反应器（MABR）组成的受控实验系统，该反应器的废水供给一个4500升的聚丙烯水池，该水池模拟废水稳定水库并接收水生生态系统。我们分析了大量的物理化学测量，同时培养了总的和耐头孢噻肟的大肠杆菌，进行了微生物群落分析，并对选定的ARGs和可移动遗传元件（MGE）进行了定量PCR（qPCR）/数字液滴PCR（ddPCR）定量。MABR去除了大部分污水衍生的有机碳和氮，同时，大肠杆菌、ARG和MGE水平下降了约1.5和1.0个单位mL^-1分别是。水库中的大肠杆菌、ARG和MGE水平相似，但有趣的是，与MABR不同，这些基因的相对丰度（归一化为16S rRNA基因导入的细菌总丰度）也降低了。微生物群落分析揭示了与MABR相关的水库中细菌和真核生物群落组成的实质性变化。总之，我们的观察结果使我们得出结论，MABR中ARG的去除主要是处理促进生物量去除的结果，而在稳定水库中，缓解与生态系统功能相关的自然衰减有关，包括非生物参数，以及阻止废水衍生细菌和相关ARG形成的本地微生物群的发展。重要性废水处理厂是抗生素耐药细菌（ARB）和抗生素耐药基因（ARG）的来源，它们会污染受纳水体环境并导致抗生素耐药性。我们重点研究了一个由半商业膜曝气生物反应器（MABR）组成的受控实验系统，该反应器处理未经处理的污水，其污水流入模拟污水稳定池的4500升聚丙烯水池。我们评估了原始MABR流出物轨迹中ARB和ARG的动态，同时评估了微生物群落组成和物理化学参数，试图确定与ARB和ARG消散相关的机制。我们发现，MABR中ARB和ARG的去除主要与细菌死亡或污泥去除有关，而在水库中，这主要归因于ARB和相关ARG由于动态和持久的微生物群落而无法在水库中定植。该研究证明了生态系统功能在去除废水中微生物污染物方面的重要性。

关键词：抗生素耐药基因；抗生素耐药菌；社区转移；ddPCR；生态屏障；微生物组；流动遗传因子；qPCR；废水处理。

PubMed免责声明

利益冲突声明

作者声明没有利益冲突。

数字

图1
实验β位点概述。（A）贝塔现场未经处理的污水——MABR——蓄水池连续体示意图。采样点包括SWG（未经处理的污水）、MABR、RT（水库顶部；位于水库顶部10cm处的水龙头）和RB（水库底部；位于水库底部10cm处）。（B）测试现场MABR（中部）和水库（右侧）的剖面图（左侧）和航空照片。

图2
未经处理的污水、MABR和水库中的物理化学分析。（A）温度；（B） pH值；（C）溶解氧；（D）总有机碳：（E）总氮；（F）氨；（G）硝酸盐；（H）亚硝酸盐。Swg，未经处理的污水；储液罐储液罐。

图3
污水、MABR和水库中总大肠杆菌和头孢噻肟耐药大肠杆菌以及12个ARG/MGE标记物的绝对（A）和相对（B）丰度。每个数据点代表从六个不同采样时间和四个生物复制中收集的聚合数据。单因素方差分析，然后是两两样本配对t吨测试强调了显著差异。方框颜色代表MGE（蓝色）、ARG（绿色）、细菌和CrAssphage（橙色）指示剂。面板A中每个图形上方的上标表示基于培养基（c）、qPCR（q）和ddPCR（d）的分析。方框表示第一和第三个四分位之间的范围。框的顶部和底部胡须分别表示最大值和最小值。中线将方框划分为四分位范围，十字代表平均值。每个方框表示时间点平均值的传播（每个时间点四次生物复制）。Swg，未经处理的污水；储液罐储液罐。

图4
PCA显示污水、MABR和水库中细菌（A）和真核生物（B）群落组成的时间动态。取样日期：A，8月19日；B、 8月25日；C、 9月15日；D、 11月24日；E、 12月1日；F、 12月15日。Swg，未经处理的污水；储液罐储液罐。

图5
污水、MABR和水库中的优势细菌（A）和真核生物（B）家族。细菌和真核生物分析分别基于16S rRNA（V3-V4）和18S rRNA的基因扩增子测序。其他信息和统计分析见表S9。

图6
该类群在MABR和储层样品之间的相对丰度存在显著差异。图显示了原核生物（A和B）和真核生物群落（C和D）在类别（A和C）和科（B和D）分类水平上的情况。在班级和家庭水平上对MABR和RES样本进行比较，使用双侧Welch’st吨测试。这里仅表示了样本之间的10个最显著差异。

图7
RDA显示ARG、MGE、原核和真核生物种群、物理化学条件和系统分区之间的相关性。（A） ARG、MGE和*葡糖苷酸酶*MABR和储层（Res）中的丰度和选定的物理化学参数。（B） ARG、MGE和*葡糖苷酸酶*丰度和特异性原核和真核门类。（C）选定分类群和系统隔室（MABR和水库）之间的相关性。（D）选定分类群与ARG、MGE和*葡糖苷酸酶*丰富多彩。测试变量（ARG、MGE和*葡糖苷酸酶*)代表黑色，原核生物代表蓝色，真核生物代表绿色。测试变量用黑色表示，解释变量用蓝色表示。解释变量与测试变量中观察到的74.4%的变异相关。其他信息和统计分析见表S9。

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1. Hendriksen RS、Munk P、Njage P、van Bunnik B、McNally L、Lukjancenko O、Röder T、Nieuwenhuijse D、Pedersen SK、Kjeldgaard J、Kaas RS、Clausen PTLC、Vogt JK、Leekitcharoenphon P、van de Schans MGM、Zuidima T、de Roda Husman AM、Rasmussen S、Petersen B、Bego A、Rees C、Cassar S、Coventry K、Collignon P、Allerberger F、Rahube TO、Oliveira G，Ivanov I、Vuthy Y、Sopheak T、Yost CK、Ke C、Zheng H、Baisheng L、Jiao X、Donado-Godoy P、Coulibaly KJ、JergovićM、Hrenovic J、KarpíškováR、Villacis JE、Legesse M、Eguale T、Heikenheimo A、Malania L、Nitsche A、Brinkmann A、Saba CKS、Kocsis B、Solymosi N.Global Sewage Surveillance项目联合体等，2019年。基于城市污水宏基因组分析的全球抗生素耐药性监测。国家公社10:1124。doi:10.1038/s41467-019-08853-3。-内政部-项目管理咨询公司-公共医学
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1. 马拉诺皇家银行、费尔南德斯·T、马纳亚·CM、努内斯·O、莫里森·D、贝伦敦克TU、克鲁辛格N、坦森·T、科诺·G、法塔·卡斯西诺斯D、梅林C、托普E、尤尔凯维奇E、亨恩·L、斯科特A、赫斯·S、斯利普科K、莱特·M、基桑德V、迪·塞萨尔A、卡拉奥利亚·P、迈克尔·SG、皮特·AL、罗萨尔·R、普鲁登A、里克尔梅V、阿圭拉A、埃斯特班B、卢茨基维奇A、卡林诺夫斯卡A、伦纳德·A、，Gaze WH、Adegoke AA、Stenstrom TA、Pollice A、Salerno C、Schwermer CU、Krzeminski P、Guilloteau H、Donner E、Drigo B、Libralato G、Guida M、Bürgmann H、Beck K、Garelick H、Tacáo M、Henriques I、Martinez-AlcaláI、Guill n-Navarro JM等，2020年。一项关于城市污水处理厂中耐头孢噻肟大肠菌群的全球跨国调查。环境国际144:106035。doi:10.1016/j.envint.2020.106035。-内政部-公共医学

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[1] Aarestup FM，Woolhouse MEJ公司。2020年。使用污水监测抗菌药物耐药性。科学367:630-632。doi:10.1126/science.aba3432。-内政部-公共医学

[2] Aarestup FM，Woolhouse MEJ公司。2020年。使用污水监测抗菌药物耐药性。科学367:630-632。doi:10.1126/science.aba3432。-内政部-公共医学

[3] Hendriksen RS、Munk P、Njage P、van Bunnik B、McNally L、Lukjancenko O、Röder T、Nieuwenhuijse D、Pedersen SK、Kjeldgaard J、Kaas RS、Clausen PTLC、Vogt JK、Leekitcharoenphon P、van de Schans MGM、Zuidima T、de Roda Husman AM、Rasmussen S、Petersen B、Bego A、Rees C、Cassar S、Coventry K、Collignon P、Allerberger F、Rahube TO、Oliveira G，Ivanov I、Vuthy Y、Sopheak T、Yost CK、Ke C、Zheng H、Baisheng L、Jiao X、Donado-Godoy P、Coulibaly KJ、JergovićM、Hrenovic J、KarpíškováR、Villacis JE、Legesse M、Eguale T、Heikenheimo A、Malania L、Nitsche A、Brinkmann A、Saba CKS、Kocsis B、Solymosi N.Global Sewage Surveillance项目联合体等，2019年。基于城市污水宏基因组分析的全球抗生素耐药性监测。国家公社10:1124。doi:10.1038/s41467-019-08853-3。-内政部-项目管理咨询公司-公共医学

[4] Hendriksen RS、Munk P、Njage P、van Bunnik B、McNally L、Lukjancenko O、Röder T、Nieuwenhuijse D、Pedersen SK、Kjeldgaard J、Kaas RS、Clausen PTLC、Vogt JK、Leekitcharoenphon P、van de Schans MGM、Zuidima T、de Roda Husman AM、Rasmussen S、Petersen B、Bego A、Rees C、Cassar S、Coventry K、Collignon P、Allerberger F、Rahube TO、Oliveira G，Ivanov I、Vuthy Y、Sopheak T、Yost CK、Ke C、Zheng H、Baisheng L、Jiao X、Donado-Godoy P、Coulibaly KJ、JergovićM、Hrenovic J、KarpíškováR、Villacis JE、Legesse M、Eguale T、Heikenheimo A、Malania L、Nitsche A、Brinkmann A、Saba CKS、Kocsis B、Solymosi N.Global Sewage Surveillance项目联合体等，2019年。基于城市污水宏基因组分析的全球抗生素耐药性监测。国家公社10:1124。doi:10.1038/s41467-019-08853-3。-内政部-项目管理咨询公司-公共医学

[5] 2019年，帕尔纳内·KMM、纳西索·达·罗查C、克内斯D、贝伦敦克TU、Cacase D、Do TT、埃尔珀斯C、法塔·卡西诺斯D、亨利克一世、杰格T、卡克曼A、马丁内斯JL、迈克尔·SG、迈克尔·科尔达图一世、奥沙利文K、罗德里格斯·莫扎兹S、施瓦茨T、盛H、瑟鲁姆H、斯特菲尔德RD、蒂耶·JM、朱斯蒂纳SVD、沃尔什F、瓦兹·莫雷拉I、维塔M、马尼亚CM。欧洲污水处理厂的抗生素耐药性反映了临床抗生素耐药性的流行模式。科学进展5:eaau9124。doi:10.1126/sciadv.aau9124。-内政部-项目管理咨询公司-公共医学

[6] 2019年，帕尔纳内·KMM、纳西索·达·罗查C、克内斯D、贝伦敦克TU、Cacase D、Do TT、埃尔珀斯C、法塔·卡西诺斯D、亨利克一世、杰格T、卡克曼A、马丁内斯JL、迈克尔·SG、迈克尔·科尔达图一世、奥沙利文K、罗德里格斯·莫扎兹S、施瓦茨T、盛H、瑟鲁姆H、斯特菲尔德RD、蒂耶·JM、朱斯蒂纳SVD、沃尔什F、瓦兹·莫雷拉I、维塔M、马尼亚CM。欧洲污水处理厂的抗生素耐药性反映了临床抗生素耐药性的流行模式。科学进展5:eaau9124。doi:10.1126/sciadv.aau9124。-内政部-项目管理咨询公司-公共医学

[7] Bürgmann H，Frigon D，Hg W，Mm C，Pruden A，Singer AC，Fs B，Zhang T.2018年。水和卫生：抗菌素耐药性战争中的重要战线。FEMS微生物生态94:fiy101。doi:10.1093/femsec/fiy101。-内政部-公共医学

[8] Bürgmann H，Frigon D，Hg W，Mm C，Pruden A，Singer AC，Fs B，Zhang T.2018年。水和卫生：抗菌素耐药性战争中的重要战线。FEMS微生物生态94:fiy101。doi:10.1093/femsec/fiy101。-内政部-公共医学

[9] 马拉诺皇家银行、费尔南德斯·T、马纳亚·CM、努内斯·O、莫里森·D、贝伦敦克TU、克鲁辛格N、坦森·T、科诺·G、法塔·卡斯西诺斯D、梅林C、托普E、尤尔凯维奇E、亨恩·L、斯科特A、赫斯·S、斯利普科K、莱特·M、基桑德V、迪·塞萨尔A、卡拉奥利亚·P、迈克尔·SG、皮特·AL、罗萨尔·R、普鲁登A、里克尔梅V、阿圭拉A、埃斯特班B、卢茨基维奇A、卡林诺夫斯卡A、伦纳德·A、，Gaze WH、Adegoke AA、Stenstrom TA、Pollice A、Salerno C、Schwermer CU、Krzeminski P、Guilloteau H、Donner E、Drigo B、Libralato G、Guida M、Bürgmann H、Beck K、Garelick H、Tacáo M、Henriques I、Martinez-AlcaláI、Guill n-Navarro JM等，2020年。一项关于城市污水处理厂中耐头孢噻肟大肠菌群的全球跨国调查。环境国际144:106035。doi:10.1016/j.envint.2020.106035。-内政部-公共医学

[10] 马拉诺皇家银行、费尔南德斯·T、马纳亚·CM、努内斯·O、莫里森·D、贝伦敦克TU、克鲁辛格N、坦森·T、科诺·G、法塔·卡斯西诺斯D、梅林C、托普E、尤尔凯维奇E、亨恩·L、斯科特A、赫斯·S、斯利普科K、莱特·M、基桑德V、迪·塞萨尔A、卡拉奥利亚·P、迈克尔·SG、皮特·AL、罗萨尔·R、普鲁登A、里克尔梅V、阿圭拉A、埃斯特班B、卢茨基维奇A、卡林诺夫斯卡A、伦纳德·A、，Gaze WH、Adegoke AA、Stenstrom TA、Pollice A、Salerno C、Schwermer CU、Krzeminski P、Guilloteau H、Donner E、Drigo B、Libralato G、Guida M、Bürgmann H、Beck K、Garelick H、Tacáo M、Henriques I、Martinez-AlcaláI、Guill n-Navarro JM等，2020年。一项关于城市污水处理厂中耐头孢噻肟大肠菌群的全球跨国调查。环境国际144:106035。doi:10.1016/j.envint.2020.106035。-内政部-公共医学

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