第一作者：Azhar Ali Laghari (天津大学)

其他作者：刘力铭，Dildar Hussain Kalhoro，陈鸿，王灿

通讯作者：王灿

通讯单位：天津大学

DOI：https://doi. 10.3390/ijerph19074332 

文章摘要

抗生素耐药细菌（ARB）和抗生素抗性基因（ARGs）作为新型污染物被排放到环境中，增加了水平基因转移（HGT）的风险。然而，很少有研究人员研究过空气中ARB失活对HGT风险的影响。本研究主要研究了空气中大肠杆菌CICC 10667（携带sul基因）的失活以及ARG的释放和去除。此外，采用大肠杆菌GMCC 13373和大肠杆菌DH5α，分别以质粒RP4为受体和供体，研究了微波（MW）和紫外（UV）照射下HGT传递频率的潜在机制。比较了MW和UV照射下ARG去除率和HGT频率。MW获得的ARG去除效率（85.5%）高于UV去除效率（48.2%）。释放给受体的气载ARGs的HGT频率（0.008）降低，并且低于紫外线照射下（0.014）。此外，质粒RP4从供体转移到存活的受损大肠杆菌CICC10667，因为细胞通透性（反向转移）在高HGT频率下增加。此外，sul1和sul2基因被证实比sul3基因对MW更具抗性。这些发现揭示了受损大肠杆菌CICC10667与周围环境微生物之间HGT的机制。微波是一种有前途的技术，用于消毒空气中的微生物并防止抗生素耐药性的传播。

研究背景

作为一场影响公共卫生和生态环境的全球危机，抗生素耐药性（AR）是由医学，水产养殖和畜牧业领域过度使用和滥用抗生素引起的。医院环境中的病原体通常具有耐药性，对人类健康构成重大风险。近年来，在地表水中广泛检测到抗生素耐药细菌（ARBs）和抗生素抗性基因（ARGs），严重威胁饮用水的安全性。如果不立即采取行动，预计到2050年，AR每年将导致多达1000万人死亡。

含有细胞内DNA（iDNA）的总DNA（tDNA）以及细胞外DNA（eDNA）的降解因ARG水平的增加而突出。eDNA是由于细菌完整性的丧失和活细菌的有效释放而获得的，而iDNA检测到一小部分细菌。当有益于ARGs的eDNA分泌到环境中时，其他细菌受体通过水平基因转移（HGT）利用裸eDNA，因此ARGS的传播发生在跨物种的细菌中。此外，一些受损细菌在分散感染后具有高细胞膜通透性，并迅速同化来自敏感供体的排出的ARG或质粒，成为ARB。然而，有限数量的研究已经确定了ARB消毒过程中的HGT，并且没有研究将微波（MW）和紫外线（UV）空气传播消毒技术与HGT进行比较。因此，迫切需要实用和有前途的技术来减少ARG富集和灭活ARB。

在这项研究中，基于吸收材料（MAMs）的MW处理与UV照射在灭活ARB和ARG方面的性能进行了比较。研究了MW和UV对ARG释放和降解的能量损耗（EE/O）性能。我们首次研究了大肠杆菌CICC10667（含sul基因）ARGs释放到环境中受体（正向转移）的空气中HGT频率以及MW或UV照射后质粒RP4从环境中传递的受伤大肠杆菌CICC10667（sul）的生存能力。

研究方法

图1 实验装置及流程

图文总结

图2 基于MAMs在不同功率输出下对各种菌株大肠杆菌（CICC10667）、大肠杆菌（GMCC13373）和大肠杆菌DH5α的灭活性能

在该研究使用三种类型的大肠杆菌菌株进行测试，如图2所示。这一结果表明，不同的细菌对紫外线具有不同程度的耐受性。携带RP4质粒的大肠杆菌DH5α在UV处理过程中对降解更敏感，大肠杆菌CICC 10667比其他菌株更容易被MW降解。

图3 在（a）MW或（b）UV照射，不同输出功率下正向和反向传输频

使用不同的消毒技术，包括基于吸收材料的MW辐照或UV照射，用于比较各种功率输出下的正向（从受损的大肠杆菌CICC10667释放到环境受体中的ARGs）和反向（质粒RP4从环境细菌到存活受损大肠杆菌CICC10667）传递频率。在这项研究中，与UV相比，MW显着降低了发射到受体中的ARG的正向HGT频率。相比之下，反向转移频率高于UV下的反向转移频率，因为供体质粒RP4用于转移存活的受伤大肠杆菌CICC10667细胞，增加了细胞通透性。