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    城市废水处理厂中头孢噻肟耐药大肠杆菌的全球性调查

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    小伙666
    中文摘要

      世界卫生组织全球行动计划建议将综合监测项目作为监测抗生素耐药性的关键策略。虽然在临床和兽医环境中实施了一些国家监测项目,不过没有这样的项目来监测环境中的抗生素耐药菌。在这个跨国研究中,在这项跨国研究中,我们以头孢噻肟耐药(CTX-R)大肠菌群为指标,开发、验证和测试了一种低成本、易于实施的评估污水处理厂(WWTPs)抗生素耐药性的方法。这种方法的基本原理是:i)大肠杆菌定量方法是国际公认的休闲水域粪便污染物指标,因此在分析实验室中经常被使用。 ii)头孢噻肟耐药大肠杆菌与临床相关、广谱内酰胺酶(ESBLs)相关,并且很少存在于原始环境中。我们分析了欧洲、亚洲、非洲、澳大利亚和北美22个国家的57个污水处理厂。头孢噻肟耐药大肠杆菌在原污水中普遍存在,其相对丰度差异显著(< 0.1% ~ 38.3%),与区域大气温度正相关(p < 0.001)尽管大多数的污水处理厂去除了大量头孢噻肟耐药大肠杆菌,不过在最终的废水中还是能偶尔检测出超过103单位/mL的耐药大肠杆菌。我们证明了CTX-R大肠菌群监测是一种可行的、负担得起的评估废水抗生素耐药性状况的方法。


     01 

     研究背景
      近几十年来,环境中抗生素的耐药性广泛传播,卫生医疗行业、畜牧业、水产养殖以及城市污水处理厂被认为是抗生素抗性传播的重要源头。而传统的微生物水质评估方法仅仅监测废水中微生物的质量,而没有将抗生素耐药性水平考虑进去,因此后来出现了大量的关于环境中抗生素耐药性的研究。这些研究大多数依靠分子生物学方法,设备、试剂昂贵而且需要专门的人员因此并不能普遍适用于污水处理厂中。因此,该研究设计了一个能够解决这些问题的监控系统,并对其进行了测试。



     02 

     研究目的

    量化不同地点原始污水(进水)中头孢噻肟抗性(CTX-R)大肠菌群的绝对丰度和相对丰度,并探讨其估计丰度的潜在预测因子;

    评估污水处理厂去除废水中CTX-R大肠菌群的能力

    量化从污水处理厂排放到下游水生和陆地环境的CTX-R大肠菌群的负荷

      利用标准膜粪大肠菌群琼脂(MFC琼脂)培养基来定量大肠菌群,之后通过用头孢噻肟修改MFC琼脂培养基来定量抗生素耐药大肠菌群。

      为了评估这种方法的适用性和潜在的流行病学指示能力,抽样调查了22个国家的57个污水处理厂,其中47个位于欧洲,1个位于非洲,6个位于亚洲,1个位于澳大利亚,2个位于北美。每个污水处理厂均采用两次独立抽样2016.12-2017.2;2017.5-2017.10,包括第一次沉淀后的原污水以及二次处理后的出水,之后收集了相关的元数据(进出水特征、污水处理厂的基本条件以及各国抗生素的消耗量、气象条件等)并进行数据分析:

    ①使用F检验来判断大肠菌群丰度是否可以作为CTX-R大肠菌群水平的预测因子;

    非参数Mann-Whitney U检验来比较选定区域气温等级下进水口大肠菌群和CTX-R大肠菌群的浓度差异、比较了不同温度地区污水处理厂CAS工艺后进水(即二级出水)中大肠菌群和CTX-R大肠菌群的去除效果。

    评估使用的程序所针对的细菌的多样性。(分析37℃时的菌落组成并与44℃时进行比较,比较两种培养温度下CTX-R大肠杆菌分离株的回收能力)

    城市废水处理厂中头孢噻肟耐药大肠杆菌的全球性调查

    ①44℃时超过71%的已鉴定菌株为大肠杆菌;而37℃时大肠杆菌也是最丰富的的物种,只是出现的频率较低((>31%),不过在添加头孢噻肟的条件下,CTX-R大肠杆菌的回收率是44℃时的2.8±1.5,说明获得性抗生素耐药性37°C44°C更稳定CTX-R大肠菌群可能在较高的温度下被质粒等抗性决定因素选择或失去

    在两次采样活动中,在污水处理厂之间,CTX-R大肠菌群的方差显著高于总大肠菌群的方差这种差异也反映在不同污水处理厂中CTX-R大肠菌群的相对丰度(以百分比表示),范围在<0.1%38.3%之间,这表明CTX-R大肠菌群在未经处理的污水中的普遍存在,也突显了这种耐药表型的高度不均匀的地理分布


    城市废水处理厂中头孢噻肟耐药大肠杆菌的全球性调查

    CTX-R大肠菌群和温度呈现正相关关系,在15℃以下十分显著,而观察CTX-R大肠菌群的相对丰度时,则没有观察到与温度有明显的统计相关性;


    城市废水处理厂中头孢噻肟耐药大肠杆菌的全球性调查


    城市废水处理厂中头孢噻肟耐药大肠杆菌的全球性调查

    未能观察到β-内酰胺类抗生素的平均限定日剂量与大肠菌群或CTX-R大肠菌群之间的关系,这可能是因为国家抗生素消费数据的分辨率较低,如果再加上对给定污水处理厂所服务地区的抗生素处方进行准确的地方调查,问题可能会得到解决;
    医院当量床位数与服务人口的比率和ctx-R大肠菌群没有观察到相关性,这说明抗生素耐药性动态是由复杂的生态相互作用决定的,这些相互作用可能不是仅仅基于临床环境中抗生素的使用;
    膜生物反应器对大肠菌群的去除能力显著高于CAS(p<0.0001),膜生物反应器和CAS对大肠菌群的平均对数去除率分别为5.8±0.62.1±0.8
    最终消毒出水中大肠菌群和CTX-R大肠菌群的平均对数去除率分别为4.4±2和3.5±1.4
    去除效率和温度之间没有发现显著的相关性
    出水中CTX-R大肠菌群数量没有显示出明显的地理趋势,许多国家的不同污水处理厂都表现出高和低的CTX-R大肠菌流出值;
    日排放量107L的污水处理厂,估计在次优处理条件下每天会向排放1011CTX-R大肠菌群,如果我们考虑在地中海气候条件下,季节性灌溉每平方米土壤的水量可以超过1立方米,这将意味着在同样的假设下,每平方米土壤每个季节可能会收到108CTX-R大肠菌群。

    城市废水处理厂中头孢噻肟耐药大肠杆菌的全球性调查


    个人见解
      该研究通过监测头孢噻肟耐药(CTX-R)大肠菌群,评估了全球57个污水处理厂的抗生素耐药性,解决了分子生物学方法设备试剂昂贵、需要专门人员的问题。

    城市废水处理厂中头孢噻肟耐药大肠杆菌的全球性调查

    图片摘要


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