|
凌恩生物合作客戶：合肥工業(yè)大學崔康平老師團隊利用凌恩生物宏基因組抗性基因研究解決方案,，對污水處理廠活性污泥中的釓（Gd（III））和抗生素磺胺甲噁唑（SMX）的聯(lián)合污染情況進行了調(diào)查,，強調(diào)了Gd（III）和SMX單獨和共存對脫氮機制以及ARGs和MGEs的影響,。該研究成果發(fā)表在環(huán)境類一區(qū)期刊《Process Safety and Environmental Protection》（IF=7.926）上,。 醫(yī)院磁共振成像檢測和細菌感染的臨床治療導(dǎo)致釓和抗生素進入污水處理廠（WWTP）。然而,，關(guān)于污水處理廠中釓和抗生素的聯(lián)合污染的信息仍然缺失,。 本研究選擇50 μg/L釓（Gd（III））和500 μg/L磺胺甲噁唑（SMX）,，研究其對生物脫氮性能,、微生物群落結(jié)構(gòu),、抗生素耐藥基因（ARGs）和可移動遺傳元件（MGEs）的影響。 Gd（III）(50μg/L)單獨作用和聯(lián)合作用均可顯著抑制反硝化作用,，因為Gd（III）能有效抑制nirD、nirB,、napB和napA的表達,，相比之下，對硝化作用沒有明顯的影響,。Gd（III）抑制微生物活性,，對EPS產(chǎn)生不利影響，降低核心ARGs宿主鏈霉菌的豐度,。 聯(lián)合處理顯著增加了ARGs和intl1的豐度,，并通過MGEs促進了水平基因轉(zhuǎn)移(HGT)，同時聯(lián)合處理使ARGs與MGEs高度相關(guān),。研究還表明ARGs可能抑制脫氮基因。 Gd（III）抑制微生物活性,，對EPS產(chǎn)生不利影響,，降低核心ARGs宿主鏈霉菌的豐度。聯(lián)合處理顯著增加了ARGs和intl1的豐度,，并通過MGEs促進了水平基因轉(zhuǎn)移(HGT),，同時聯(lián)合處理使ARGs與MGEs高度相關(guān)。研究還表明ARGs可能抑制脫氮基因,。 1、Gd（III）和SMX單獨或聯(lián)合作用條件下脫氮性能的變化 4種序批式反應(yīng)器（SBRs）的脫氮性能如圖2所示,。在45天的運行中,，在4個反應(yīng)器的出水中NH-N濃度都很低（圖2(a)）。結(jié)果表明,，在50μg/L Gd（III）和500μg/L SMX共存的作用下,，SBR的反硝化性能受到抑制，但優(yōu)于單獨Gd（III）的作用,，表明50μg/L Gd（III）在SBR中具有反硝化作用,。圖2 四種序批式反應(yīng)器（SBRs）的反應(yīng)器性能（R0:對照，R1:單獨添加SMX, R2: Gd（III）與SMX共存,，R3:單獨添加Gd（III））,。2、微生物群落的多樣性和結(jié)構(gòu)的變化 如圖3(a)所示,，α多樣性分析結(jié)果表明,，與對照組（R0）相比,，R1和R3中Chao 1降低，而R2中顯著升高,。R1和R2的Shannon指數(shù)略有下降,，而R3的指數(shù)有所升高。如圖3(b)所示,，在4個反應(yīng)器中,，變形菌門、放線菌門,、擬桿菌門,、厚壁菌門和亞硝化螺旋菌門均為優(yōu)勢門。圖3 (a)alpha多樣性的變化,。(b)門的相對豐度,。(c)屬水平微生物群落熱圖（log 10）（前15）。(d)距離熱圖中微生物群落的變異,。本研究檢測到6個硝化基因，如圖4(a)所示,。反硝化基因豐度變化更顯著,，13個反硝化基因如圖4(b)所示，500μg/L SMX單獨處理的反硝化基因變化與對照幾乎相同,，而50μg/L Gd（III）單獨處理中,，nirBDS和napAB的豐度顯著降低。圖4 4個SBRs中（a）硝化基因和（b）反硝化基因的相對豐度,。 為了分析50μg/L Gd（III）和500μg/L SMX單獨處理或聯(lián)合處理的ARGs變化，通過宏基因組測序在樣本中檢測到20種ARGs,，選擇了前10個亞型,，并顯示在Circos中。耐藥基因的主要類型是桿菌肽（bac）,、SMX（sul）,、氨基糖苷（aad）和多藥（mex、omp,、qac和multidrug_transporter）（圖5(a)）,。R1和R2中SMX抗性基因（sul1和sul2）的豐度均高于對照，R1中sul1的豐度顯著高于R2,。結(jié)果表明,，聯(lián)合處理加速了細菌中優(yōu)勢ARGs的轉(zhuǎn)移。圖5 Circos中（a）ARGs和（c）MGEs的相對豐度,。（b）ARGs和（d）MGEs之間的NMDS的變化,。5,、ARGs、MGEs和主要屬之間的相關(guān)性 網(wǎng)絡(luò)分析結(jié)果表明,，ARGs與MGEs密切相關(guān),，且MGEs之間的相關(guān)性比ARGs之間的相關(guān)性更強（圖6（a））?？梢酝茢?，Gd（III）和SMX的共存使MGEs在水平基因轉(zhuǎn)移（HGT）中更加活躍。從圖6（b）中可以看出,，除Nitrospira外,，其他屬與前10個ARGs均呈正相關(guān)，說明Nitrospira中沒有抗生素耐藥性,。圖6（a）ARGs與MGEs之間關(guān)系的網(wǎng)絡(luò)分析,。 采用Pearson相關(guān)系數(shù)分析ARGs與硝化和反硝化基因之間的關(guān)系（圖7）,。結(jié)果表明,，除amoB外，大多數(shù)硝化基因與ARGs之間呈負相關(guān),，而反硝化基因與ARGs之間均存在正相關(guān)和負相關(guān),。在50μg/L的Gd（III）和500μg/L的SMX共存的條件下，ARGs的增加通常也會導(dǎo)致脫氮性能的下降,。參考文獻 Deciphering the response of biological nitrogen removal to gadolinium and sulfamethoxazole combined pollution: Performance, microbial community, and antibiotic resistance genes. Process Safety and Environmental Protection, 2022. DOI：10.1016/j.psep.2022.09.030
|
