饮用水系统中病原微生物与抗生素抗性基因的分析、变化及水平转移

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饮用水中的微生物安全问题是关系到人民健康,社会安定的重要事宜。水传病原微生物是造成饮用水污染的主要元凶,而细菌抗生素抗性的传播和增强给针对病原微生物的治疗带来了严重的困难,甚至导致了“超级细菌”的诞生。本论文的研究目的是掌握水源水、饮用水厂和管网中的各种常见病原微生物或抗生素抗性基因(Antibiotic resistance genes,ARGs)的分布和变化数据,探寻各个水处理工艺对其的处理效果,研究抗性基因水平基因转移的机理,为有针对性的处理有潜在危害性的水传微生物,防止其进入居民生活提供数据和机理上的支持。本研究采用九龙江水源地,长三角地区的饮用水厂和附近管网作为研究和检测对象,使用荧光定量PCR和常规检测手段,配合实验室自制模拟过滤系统,来进行针对饮用水微生物安全的研究。  研究结果表明:  1.在对生物活性炭(Biological activated carbon,BAC)滤料生物膜DNA进行提取时,经过对5种预处理方法的比较,结果显示引入适量脱脂牛奶试剂并与超声波振荡的预处理方法可以达到最佳的提取效果。优化后的DNA提取方法可以成功应用到活性炭滤料生物膜中,并得到高质量的DNA模板。  2.在九龙江水源水中检测到了9种抗生素抗性基因,包括tetA,tetG,strA,ermB,cmlA5,dfrA1,sulⅡ,blaTEM-1以及blaoxa-1基因。而主要的抗生素抗性基因排放来源为人类活动,比如养猪业、城市活动等。  3.在饮用水厂中,共检出7种病原微生物基因,以及9种抗生素抗性基因。不同的水处理工艺和管网系统,对病原微生物与抗性基因的影响是不同的。混凝沉淀工艺、砂滤工艺和臭氧-活性炭工艺对病原微生物与抗生素抗性基因的去除能力较强。由于消毒剂的选择性压力与二次生长现象的发生,消毒-清水池-管网这一过程有一定几率增加抗生素抗性基因水平,清水池-管网中的二次生长现象也给病原微生物带来了繁殖机会。深度处理工艺流程对各种微生物的处理效果要好于常规处理工艺流程。  4.为研究水平基因转移(Horizontal gene transfer, HGT)的机制,建立了以大肠杆菌S17-1为供体菌的水平基因转移系统,可以将抗性质粒pBBR1MCS-KmR转移至受体菌缺陷短波单胞菌。在模拟过滤系统中,活性炭、石英砂、陶粒、鹅卵石滤料生物膜可以强化质粒的水平基因转移,强化效果与这些滤料比表面积的大小成正相关。反冲洗可以大幅度降低石英砂生物膜中的微生物浓度和水平基因转移率,然而反冲洗不能完全清除滤料生物膜中水平基因转移相关细菌。在反冲洗进行10min后,反冲洗出水没有检测到已发生基因转移的细菌,可视为暂时无害。
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