生态环境中抗生素耐药性检测及去除方法综述.pdf

作者:刘月环,女,1 9 7 4年生,博士,研究员,研究方向为抗生素耐药性检测及控制。*浙江省重点研发项目(N o.2 0 2 0 C 0 2 0 3 1)。生态环境中抗生素耐药性检测及去除方法综述*刘月环(杭州医学院浙江省实验动物与安全性研究重点实验室,浙江 杭州3 1 0 0 1 3)摘要 由于抗生素在医疗、养殖、农业等行业的过度使用,大量抗生素进入生态环境并引发抗生素耐药性,严重威胁了人类、动物的健康以及生态环境安全。基于国内外研究现状,综述了现有抗生素耐药性的常用检测及去除方法,并就未来的相关研究方向进行了展望,以期为抗生素耐药性的检测及去除相关研究提供参考与借鉴。关键词 抗生素 耐药性 检测 去除 D O I:1 0.1 5 9 8 5/j.c n k i.1 0 0 1-3 8 6 5.2 0 2 3.0 8.0 1 9R e v i e wo fd e t e c t i o na n dr e m o v a lm e t h o d so fa n t i b i o t i cr e s i s t a n c ei nt h ee c o l o g i c a le n v i r o n m e n t L I U Y u e h u a n.(Z h e j i a n gK e yL a b o r a t o r yo f E x p e r i m e n t a lA n i m a ls&N o n c l i n i c a lL a b o r a t o r yS t u d i e s,H a n g z h o u M e d i c a lC o l l e g e,H a n g z h o uZ h e j i a n g3 1 0 0 1 3)A b s t r a c t:D u et ot h eo v e r u s eo fa n t i b i o t i ci n m e d i c a l,a q u a c u l t u r e,a g r i c u l t u r ea n do t h e ri n d u s t r i e s,al a r g ea m o u n to fa n t i b i o t i c se n t e r e di n t ot h ee c o l o g i c a le n v i r o n m e n ta n dc a u s e dt h es p r e a do fa n t i b i o t i cr e s i s t a n c ei nt h ee c o l o g i c a l e n v i r o n m e n t,w h i c hs e r i o u s l yt h r e a t e n e dt h eh e a l t ho fh u m a n sa n da n i m a l sa sw e l la st h es a f e t yo ft h ee c o l o g i c a l e n v i r o n m e n t.B a s e do nt h e r e s e a r c hs t a t u sa th o m ea n da b r o a d,t h ee x i s t i n gm e t h o d so f a n t i b i o t i c r e s i s t a n c ed e t e c t i o na n dr e m o v a lw e r er e v i e w e di nt h i sp a p e r.T h ef u t u r er e s e a r c hd i r e c t i o n sw e r eb r i e f l yp r o s p e c t e ds oa st op r o v i d er e f e r e n c e f o r t h er e s e a r c ho f a n t i b i o t i cr e s i s t a n c ed e t e c t i o na n dr e m o v a l.K e y w o r d s:a n t i b i o t i c s;r e s i s t a n c e;d e t e c t i o n;r e m o v a l 自1 9 4 0年以来,人们已经发现了数百种抗生素并广泛用于疾病治疗、农业病虫害以及动物养殖行业。抗生素的发现极大提高了人类的健康水平,促进了社会生产效率1。研究表明,高达9 0%的抗生素不能被动物肠道完全吸收利用22,大量抗生素以未曾改变的原始结构化合物和未完全代谢的中间产物形式进入自然环境,严重影响微生物群落结构的进化,进而影响生态环境健康33 9 7。随着抗生素的过度使用,抗生素耐药性基因(A R G s)及耐药性细菌(A R B)作为新兴持久性污染物,在全球范围内以惊人的速度蔓延4。据测算,2 0 5 0年全球由于A R B感染导致的经济损失将达到1 0 0万亿美元,细菌的抗生素耐药性已成为2 1世纪威胁人类健康的重要问题之一5。为有效控制抗生素耐药性的危害,检测及去除生态环境中的抗生素耐药性已迫在眉睫。传统的抗生素耐药性检测方法以基于微生物培养的药敏性测试方法为主,随着分子生物学的发展,以聚合酶链式反应(P C R)技术为代表的分子生物学检测技术已广泛应用62。此外,由于传统方法对于抗生素耐药性的去除效果有限,如何高效去除生态环境中的抗生素耐药性已经引起了学者的广泛关注72,81 8 6 5 2。鉴于此,笔者对近年来国内外对于生态环境中抗生素耐药性检测方法及去除技术进行总结,旨在为生态环境中抗生素耐药性的进一步研究提供支持。1 抗生素耐药性的检测方法1.1 抗菌药物敏感性测试 抗菌药物敏感性测试方法是基于微生物的纯培养,用于检测单个细菌分离株对抗生素耐药性的体外实验方法,该类方法除了可确定细菌对待测药品的耐药性或敏感性之外,也可用于监测种群中耐药微生物的出现和传播9。常用的抗菌药物敏感性测试方法包括抑菌圈法、稀释法、抗生素浓度梯度法以及自动仪器法等62-4,81 8 6 5 4-1 8 6 5 5,上述测试方法的优缺点分析汇总见表1。抗菌药物敏感性测试方法获得的纯菌有助于更深 层次地研究抗生素耐药性机制,可为抗生素耐药6511 环境污染与防治 第4 5卷 第8期 2 0 2 3年8月表1 抗菌药物敏感性测试方法T a b l e1 T e s tm e t h o d so f a n t i m i c r o b i a l s u s c e p t i b i l i t y名称原理优点缺点抑菌圈法待测药物在琼脂平板中扩散抑制其周围的细菌生长形成透明的抑菌圈,根据抑菌圈大小对待测药物抑菌效价进行判定易于执行、可重复性好、不需昂贵设备部分定量肉汤稀释法用培养基对抗菌药物进行不同浓度的稀释之后接种待检细菌,进而进行定量测定抗菌药物抑制或杀死细菌的最低药物浓度定性且定量操作繁琐琼脂稀释法重复 性 高、可同时进行多株细菌的测定无法测定最低杀菌浓度抗生素浓度梯度法浓度呈连续梯度的抗菌药物从实验试条向琼脂中扩散,使得试条周围抑菌浓度范围内受试菌的生长被抑制,从而形成透明的抑菌圈简 单、准 确、可靠成本高自动仪器法在条孔或条板中对抗生素进行微量稀释,之后在仪器中直接孵育或加入菌悬液孵育后放入仪器,通过测定细菌生长浊度、培养基中荧光指示剂的强度或荧光物质的水解,从而观察细菌的生长情况时效高、方便造价高性的生理学及常规分子生物学检测提供基础,然而由于在人工条件下可培养的微生物种类有限,且该类方法对于实验室条件与人工操作的要求较高,限制了该方法在抗生素耐药性检测中的发展。1.2 P C R技术 P C R技术已广泛应用于培养和检测混合环境样品中氨基糖苷、氯霉素、-内酰胺、大环内酯、青霉素、磺胺、四环素、甲氧苄啶和万古霉素的特异性A R G s编码的耐药性1 0。然而,P C R技术的检测结果经常出现假阳性情况。将标记好的P C R产物作为脱氧核糖核酸(D NA)探针用于含有靶基因菌株的质粒或染色体D NA样本检测,可以避免P C R结果的假阳性1 1。为节省时间和精力,学者们研究出复合P C R方法并用于同时检测万古霉素、四环素、甲氧苄啶等的A R G s1 2。复合P C R技术通过在同一反应体中使用不同的引物对多个A R G s的D NA片段同时进行扩增,并借助凝胶电泳或添加不同的染料进行可视化检测。N E TO等1 3利用多重P C R技术检测到红树林沉积物中的6株菌株均含 有b l a K P C-2基因。然而由于相同的反应条件会抑制部分D NA扩增,复合P C R会得到假阴性结果。此外反应体系中多对引物对之间形成的二聚体可能会干扰复合P C R的试验结果,从而降低灵敏度1 4。实时荧光定量P C R(R T-q P C R)技术通过P C R产物浓度随扩增周期的变化估算目标D NA初始浓度,通过荧光监测扩增反应确定A R G s的绝对丰度和相 对 丰 度1 5。该 技 术 常 用 的 荧 光 试 剂 包 括S Y B RG r e e n与T a q M a n,用于检测t e t、m e f、e r m、t e t O、t e t W、t e t Q、v a n A、m e c A、a m p C等A R G s34 0 4,1 6。R T-q P C R技术具有高特异性、处理时间 短、检 出 限(L O D)和 定 量 限(L OQ)低 等 优点1 7,但由于需要特异性引物设计,存在检测通量有限且成本较高等缺点,使得该技术成为一种使用较为困难的单一性检测方法,目前难以用于未知的A R G s的检测1 8。高通量P C R(HT-q P C R)具有与R T-q P C R相同的准确性,与此同时,HT-q P C R打破了检测通量的限制,根据实验设备的不同,HT-q P C R可以同时测量同一样品中的数百种A R G s,从而在一次测试中覆盖更多抗生素种类1 9。L A I等2 0利用HT-q P C R分析了瑞典地表水供水系统的A R G s、移动元件以及其他基因的耐药性图谱,共检测到对1 1类抗生素产生耐药性的1 5 0个A R G s、7组整合酶移动元件在内的1 6 7个基因。但由于该方法仍是基于定量P C R技术,因此也存在与定量P C R相似的缺点,如检测前需要设计引物,无法提供宿主信息等。微滴数字P C R(d d P C R)技术是一种相对新型的P C R技术,该技术将探针与核酸隔离在油乳剂的微滴之 中,最 终 通 过 泊 松 分 布 确 定 阳 性 滴 数 和A R G s总浓度2 1。G I NN等2 2基于d d P C R技术对玻利维亚拉巴斯气溶胶中的关键A R G s进行了检测与定量,发现其主要抗生素种类包括四环素、氟喹诺酮类和-内酰胺类等。d d P C R技术无需运行标准曲线便能获得待测样本A R G s的相对丰度,且敏感度更高25。然而,d d P C R技术也有与R T-q P C R相似的缺点,如检测通量有限,需要设计引物。1.3 基因芯片技术 基因芯片技术又称D NA微阵列技术,是通过在单一检测中与参考菌株或基因进行比较,同时检测大量A R G s是否存在,从而提供关于分离物的详细信息的一种通量高、速度快、灵敏度高的基因组分析技术2 3。基因芯片技术已广泛应用于检测人类7511刘月环 生态环境中抗生素耐药性检测及去除方法综述致病性大肠杆菌、幽门螺杆菌、沙门氏菌和金黄色葡萄球菌 等 细 菌,但 使 用 该 技 术 检 测 环 境 样 品 中A R G s的报道仍然较少。通过结合药敏性测试方法、P C R等技术,可有效提高基因芯片技术对环境中A R G s的检出水平2 4。B A R T L E Y等2 51 3 6 9-1 3 7 7结合抗菌药物敏感性测试方法与基因芯片技术对比检测了巴西东北部某河流与俄亥俄州东北部下水道系统的A R G s,发现俄亥俄州东北部未经处理的污水中A R G s含量少于巴西东北部的湖泊。此外,由于基因芯片技术样品预处理较为复杂,且微阵列杂交芯片在实际的应用中会受到样品批间差异的影响,检测灵敏度和特异性相对较低,故对环境样品进行复杂的预处理是获得满意检测结果的必要和关键2 51 3 7 5。通过基因芯片技术可以提供细菌抗生素耐药性的详细描述,并可揭示出A R B表达随环境变化而发生的整体变化2 6。1.4 基因组学 多项研究表明,全基因组测序(WG S)可以作为检测抗生素耐药性的主要工具。从测试样品中提取的全基因组D NA按软件程序组装,在过滤掉接头重复序列后用序列比对软件B L A S T、U S E A R CH、D I AMON D等方法来拼接2 73 5 8-3 5 9。通过WG S可以区分 不 同 来 源 的 耐 药 分 离 株,确 定 微 生 物 的A R G s或耐药的机制,在由耐药微生物引起的疫情中确定和归因感染源,或通过A R G s的转移跟踪耐药微生物的传播2 84。然而也有报道认为微生物不稳定的遗传特征(如临时基因扩增)导致其抗性的WG S鉴定不准确2 9。此外,由于样品收集方面缺乏标准化,样品中混入了非微生物来源的遗传物质及生物信息学软件使用不当均会直接干扰WG S的鉴定准确性,这使得难以将已识别的A R G s归因于特定菌株2 81 8。宏基因组测序也可用于检测和表征病原体及其耐药性的基因型,并且可以在不需要培养的情况下表征微生物群落3 0。采用该方法对整个群落的遗传物质进行测序,其结果的好坏取决于所选择的A R G s测 序 数 据 库,这 些 数 据 库 包 括S R S T 2、S E A R、S h o r t B R E D、P AT R I C、S S T A R、Km e r R e s i s-t a n c e、G R OOT、D e e p A r g s、R e s f i n d e r、A R G-ANNOT、R G I、A R G s-OA P(v 2)、A R I B A、P o i n t-F i n d e r和N C B I-AMR F i n d e r等2 73 6 1。宏基因组测序可以发现新的基因和新的微生物(包括不可培养的微生物),表征动物的天然微生物群,有效评估微生物的生态学 及其在动 物产品加 工 过 程 中 的 变化3 1。NA I D OO等3 2基于宏基因组方法对纳米布沙漠中受人为影响较小的土壤中的A R G s进行分析检测,并发现了-内酰胺酶的存在。通过宏基因组测序,可以构建相对完善的宏基因组文库,捕获样本的系统发育树和遗传多样性。然而作为一种测序技术,宏基因组测序需要一系列的文库构建以满足分析所需的起始数据量的要求,对测序结果的解析也需要复杂的生物信息学工具,整体要求较高。2 抗生素耐药性的去除2.1 物理化学方法2.1.1 吸 附 吸附过程涉及到包括离子交换、孔隙填充、电子相互作用、静电机制、表面络合和氢键互作在内的若干机制3 3。活性炭和生物炭具有丰富的表面官能团和较大的比表面积,作为一种高效、可持续的吸附剂,可用于消除各种水生环境中的致病微生物3 4。Y E等3 5研究发现,施用生物炭后土壤中磺胺类化合物的浓度降低,土壤中生长的生菜根系中抗磺胺细菌内生菌减少,磺胺耗散增加。由于环境的影响,低成本、无毒的吸附剂通常会老化,为了改善其固有的物理化学特性或特定功能,研究人员通过设计不同的吸附剂以获得更好的吸附能力。WU等3 6提出了一种-环糊精修饰的生物炭(-B C)用于去除A R G s,在引入该生物炭后,总A R G s相对丰度大大降低。然而,吸附过程实质是污染物由一种介质转移到另一种介质的快速传质过程,其本质上并未使污染物完全消除或降解,而这种吸附法引起的含污染物吸附剂的处置也是个严重的问题。2.1.2 混 凝 混凝技术通过将水中分散的混凝剂剧烈搅拌快速混合,使聚集的小颗粒絮凝成絮状体沉淀,可以携带的方式将A R G s从水中除去。G R EH S等3 7研究表明,经过硫酸铝和丹宁混凝处理后,废水中细菌量和A R G s数量明显降低,其中硫酸铝的去除效果更好。对于混凝过程而言,溶液、混凝剂投加量、质量、p H、水的浊度、混凝时间、污染物的性质都是影响A R G s去除率的重要因素。近年来,关于混凝沉淀法去除A R G s和A R B的效果和机理的研究还比较少,是该领域未来研究方向之一。2.1.3 消 毒 消毒技术通过在废水中加入消毒剂,杀灭、控制病原体和微生物的传播,从而抑制A R B的增殖和活动,减少废水中细菌的数量和病原体传播的风险。8511 环境污染与防治 第4 5卷 第8期 2 0 2 3年8月YUAN等3 8发现,氯化处理对红霉素A R G s或四环素A R G s的去除效果有限,其中约4 0%的红霉素A R G s和8 0%的四环素A R G s不能通过氯化处理去除。氯的消毒效率取决于氯的暴露情况3 96 0 5,固定接触时间为1 5m i n,当氯质量浓度达到3 0m g/L时对抗生素耐药性去除效率可达9 0%以上4 0,然而这在实际的工艺中很难实现。此外,有研究表明氯/氯胺消毒可能会增加A R B的相对丰度3 96 0 5。有研究表明,只有高剂量臭氧才能有效去除A R G s4 1,然而臭氧剂量的提高往往伴随着致癌物质溴酸盐的产生4 2。此外,臭氧对微生物细胞的确切作用模式还不完全清楚。P AT I L等4 3认为,在臭氧作用过程中细胞裂解不是微生物失活的主要机制。由于细胞修复酶的高活性,臭氧造成的细胞损伤可以修复4 4。因此对于抗生素耐药性在臭氧氧化过程中的降低机制和A R G s的损伤原因需要进一步探究。紫外线(UV)是另一种常用的消毒方法,UV只作用于嘌呤和嘧啶,对细胞壁没有损伤4 5。研究表明,在典型UV消毒剂量下,耐磺胺甲恶唑和耐四环素A R G s的总丰度显著降低4 6。然而,现有的UV消毒方法对于抗生素耐药性的去除效果较为有限,甚至还会导致A R B相对丰度的增加,这可能是由于UV再激活4 7。虽然现在已证实氯、臭氧、UV等消毒方法可有效去除A R B及A R G s,然而经过消毒处理后质粒中所携带的A R G s也可能被转移到其他细菌中,导致A R G s的繁殖,此外,细胞的诱导与修复机制还可能会使A R B对消毒过程产生抗性。2.1.4 高级氧化技术(AO P s)AO P s是利用羟基自由基(OH)等活性氧氧化自由基降解水中各种污染物的技术。自由基能够破坏细胞表面和基因组D NA的结构,表明AO P s是灭活细菌细胞和消除A R G s的可行技术。各类AO P s的优缺点汇总见表2。在使用AO P s降低抗生素耐药性时,需要根据所处理水的类型与水质特性选取不同的处理技术;与此同时,在考虑运行成本的同时需要考虑A R G s与A R B的去除效率以及AO P s所带来的二次环境影响。2.2 生物方法2.2.1 活性污泥法 作为各类污水以及排泄物的集中处理地点,污水处理厂中的活性污泥与各类污水中的抗生素长期相互作用,诱发A R G s及A R B的产生,使其成为抗生素耐药性传播及储存的重要场所之一72。研究表明,不同工艺对于抗生素耐药性的去除效果不同,相比于上流式厌氧污泥床(UA S B)等工艺,膜生物反应器(MB R)和序批式活性污泥法(S B R)更能显著降低A R G s(如v a n A、e r e A、a m p C、a a c C1、t e t A和s u l l)4 8。此外,污水中微生物的生物量是影响A R G s的主要因素,减少微生物的生物量可以有效提高A R G s的去除率71 0。通过活性污泥宏基因组测序分析发现,变形菌门似乎是污水处理厂活性污泥中的优势菌属,芽孢杆菌属、诺心菌属和分枝杆菌属是A R G s最丰富的质粒载体4 9,因此对可去除污染物的功能细菌与A R G s的关系进行深入探讨极为必要。此外,活性污泥的处理性能会受到抗生素抗菌作用的影响,这一点可能会增加污水处理厂的运行成本。而如何处置含有抗生素耐药性的活性污表2 A O P s的优缺点及适用性T a b l e2 T h ea d v a n t a g e s,d i s a d v a n t a g e sa n da p p l i c a b i l i t yo fAO P sAO P s类型产生自由基的材料优点缺点适用性芬顿H2O2、F e2+、F e3+操作简单、反 应 快 速、不 需 复杂设备需要酸性条件、p H范围较小、最初的污染物无法完全矿化对A R B的失活有效,不适合去除A R G sUV、H2O2UV/H2O2、UV/O3、UV/F e2+氧化能力强、清洁环保阴离子会影响反应、色度会影响光的穿透性对A R B的失活有效,无法去除A R G s超声波超声波能量、水无添加剂、选择性强耗能高对A R B的失活有效,无法去除A R G s臭氧化O2、O3无二次污染耗能高、效率低可有 效 灭 活A R B,去 除A R G s需要较高剂量光催化光催化剂、光源反应彻底、OH效能高于O3与H2O2、光可作为能源吸收范围窄、光 能 利 用 率 低,需解决透光性问题,目前使用催化剂较难回收对A R B的失活有效,无法去除A R G s过硫酸盐高级氧化过一 硫 酸 盐、过 二硫酸盐作用时间长、可产生强氧化作用、成本低、工艺简单氧化能力具有选择性、只能高效降解部分污染物对A R B的失活有效,也可去除A R G s9511刘月环 生态环境中抗生素耐药性检测及去除方法综述泥也成为了污水处理厂所要面临的重要问题,故需要对现有污水处理厂的相关处理技术进行升级,以满足其对A R G s等新型污染物的去除需求。2.2.2 MB R MB R是消除各种新兴污染物的常用方法,其处理过程涉及到吸附、生物降解以及膜分离机制。与其他污水处理工艺相比,MB R技术具有污泥停留时间(S R T)长、污泥产量少、混合液悬浮固体浓度高等优点5 0。L I等5 1研究对比了3种改良式MB R工艺和传统氧化沟工艺对于8种典型A R G s的处理效果,结果表明3种MB R工艺在处理A R G s方面均明显优于传统氧化沟工艺,对于废水中A R G s的去除 最 高 可 达 到7.3个 数 量 级。水 力 停 留 时 间(HR T)是影响MB R技术去除抗生素耐药性的主要因素,通过优化HR T可有效提高抗生素耐药性去除的性能78。膜污染是MB R的严重弊端之一,此外,抗生素耐药性的存在可以通过改变微生物群落和污泥颗粒、胞外聚合物(E P S)等其他污染因素来影响MB R的工作进程。2.2.3 人工湿地 人工湿地技术是一种有效、可持续的水处理工艺,具有环境友好、成本低和易于操作等优点。人工湿地对A R G s的去除机制主要包括生物降解、底物吸附和植物吸收,其中,人工湿地系统中的植物通过向微生物群落输送氧气间接参与A R G s的去除,与此同时,系统中的基质为生物膜提供附着表面,也使得人工湿地系统去除微生物与降低A R G s丰度的能力有所增强5 2。NA S等5 3研究了人工湿地对抗生素及A R G s的去除效果,根据抗生素类型的不同,人工湿地对抗生素的降解率在2 8%1 0 0%,对于A R G s的降解率达到了0.81.5个数量级。人工湿地去除A R G s的影响因素较多,包括湿地类型、基质类型、植物种类、水力加载速率(HL R)及进水水质等。研究表明,潜流型人工湿地对于抗生素耐药性的去除效果更优。此外,不同季节人工湿地对于抗生素耐药性的去除效果也不同,夏季和冬季A R G s去除率分别为5 9.5%和7 7.8%5 4,故此还需对人工湿地降解A R G s的过程、机制、运行参数等进行深入的研究,以更好地满足实际需求。2.2.4 好氧堆肥 好氧堆肥技术可显著降低畜禽粪便中A R G s的多样性和丰度,从而减少进入土壤中的抗生素耐药性5 5。堆肥条件和材料对A R G s的去除至关重要。L I等5 6研究表明,添加木屑和稻壳使得鸡粪中A R G s的去除率分别增加了3 5.4%和6 8.7%。堆肥温度升高或保温性是动物粪便A R G s减少的主要因素。此外,膨胀剂的多孔结构可能会扩大微生物之间的间隔,降低微生物之间的连通性,从而减少了耐药性水平转移的发生5 7。动物粪便和处理工艺的不同,会使动物粪便中A R G s的去除效率差异很大,建议通过工艺优化(主要是调节p H、温度、添加剂和C/N等),以对堆肥过程中一些潜在宿主菌的种群进行改变5 8,进而提高堆肥对抗生素耐药性的去除性能。2.2.5 厌氧消化 厌氧消化是能有效降低A R G s丰度的一种方法。L I U等5 9研究表明,当煤气化渣添加量为1 0g/L时,厌氧消化后多种A R G s(包括d f r A7、s u l2、t e t W、e r m F、e r m Q)的 去 除 率 可 达2 4.8 1%9 0.4 8%,这些A R G s的变化可能受到厌氧消化过程中微生物群落演化的影响。然而,有研究表明,厌氧消化可以将某些类型的A R G s(如s u l、f c a等)的丰度增加5 2倍,这可能是由于操作温度的差异引起的6 0。优化厌氧消化的温度、固相停留时间等参数可以改变微生物群落结构,提高粪便中有机污染物的生物降解能力。在厌氧消化过程中,这些参数对于降低抗生素耐 药性的影响 机制 还 需 要 进 一 步探索。2.3 新型材料与组合方法 传统物理化学方法对于A R G s及A R B的去除效果主要依赖于吸附剂、催化剂、混凝剂的选取,而材料的性质大大限制了此类方法的去除效果。新型材料的使用突破了传统方法的瓶颈,纳米材料等新型材料具有较大的比表面积,其物理和化学性质与粒径大小相关,可以有效提高吸附、氧化等过程的效率,此外新型材料也可以作为微生物或相关酶的固定化基质。纳米颗粒与抗生素联用对A R B/A R G s有较好的去除效果,其作用可能包括以下两种机制:一是功能化纳米材料与抗生素结合,进入A R B的细胞质,释放大量离子;二是抗生素和纳米材料在对抗A R G s方面的协同作用6 1。王艳雯6 2发现庆大霉素可以促进聚乙烯吡咯烷酮修饰的银纳米颗粒(A g-P V PN P s)溶解释放大量银离子;同时,会增强A g-P V PN P s与细菌的相互作用,提高细菌对银的摄取率。两方面的作用均会提升银的生物有效浓度,使联合体系产生协同抗菌作用。然而,纳米颗粒的作用和应用仍存在争议,因为它们也可能诱发抗生素耐药性6 3。另外,纳米颗粒0611 环境污染与防治 第4 5卷 第8期 2 0 2 3年8月等一些新型材料可能具有生物毒性。因此,在对新型材料进行研制时,也需同时考虑其毒性、使用成本等相关因素。除新型材料外,也可将多种工艺进行组合,通过工艺优势互 补 提 高A R B和A R G s的 去 除 效 果。Z HOU等6 4对UV活化过硫酸盐(UV/P S)工艺去除二次废水中A R B和A R G s的效果进行了研究,结果表明,UV/P S工艺对大环内酯类耐药菌(MR B)、磺胺类 耐药菌(S R B)、四环 素 类 耐 药 菌(T R B)和喹诺酮类耐药菌(Q R B)的灭活率分别为9 6.6%、9 4.7%、9 8.0%和9 4.7%,A R G s的总量降低了3.8 4个数量级。相比于单一工艺,组合方法对于降低抗生素耐药性的效果更为突出,然而其工艺过程以及机理机制更为复杂,具体工艺参数对结果的影响也更为显著。在对新 技 术 进 行 研 究 时,除 了 考 虑A R B和A R G s的去除效率及优化工艺条件外,还需深入探究协同作用下降低抗生素耐药性的具体机制。3 总结与展望 传统实验室药敏测试方法所需时间较长,但由于其简便易用,仍是常用的抗生素耐药性检测方法之一。P C R方法在其成本与通量方面具有不可替代性,基因组学方法对于文库以及生物信息学工具要求较高,还需要进一步的深入研究。综合上述方法的优缺点,建议在未来的研究中一方面结合多种方法,优势互补,从多角度对抗生素耐药性进行检测表征,从而获得更加全面的结果;另一方面加快相应检测技术的开发与研究,建立完善的检测标准。就 抗 生 素 耐 药 性 的 去 除 技 术 而 言,一 方 面,A R G s与A R B的去除机制以及具体工艺参数研究还有待进一步加深;此外,单一去除方法的弊端已经越来越明显,物理化学方法可能会造成二次污染,且对于相应材料的要求越来越高,生物方法往往会受到抗生素耐药性机制的影响。故此,借助多种机制,结合各种新型材料,利用以生物方法为主的多技术协同对抗生素耐药性进行无害化去除将会是未来的研究热点。参考文献:1 NA THAN C,C A R S O.A n t i b i o t i cr e s i s t a n c e-p r o b l e m s,p r o-g r e s s,a n dp r o s p e c t sJ.N e w E n g l a n dJ o u r n a lo f M e d c i n e,2 0 1 4,3 7 1:1 7 6 1-1 7 6 3.2 Z HAN GZ,L IX,L I U H,e ta l.A d v a n c e m e n t s i nd e t e c t i o na n dr e m o v a lo fa n t i b i o t i cr e s i s t a n c eg e n e si ns l u d g ed i g e s t i o n:as t a t e-o f-a r t r e v i e wJ.B i o r e s o u r c eT e c h n o l o g y,2 0 2 2,3 4 4.3 Z HAN G X X,Z HAN G T,F AN G H H.A n t i b i o t i cr e s i s t a n c eg e n e s i nw a t e re n v i r o n m e n tJ.A p p l i e dM i c r o b i o l o g ya n dB i o-t e c h n o l o g y,2 0 0 9,8 2(3).4 L IS,Z HAN G C,L IF,e ta l.T e c h n o l o g i e st o w a r d sa n t i b i o t i cr e s i s t a n c eg e n e s(A R G s)r e m o v a l f r o ma q u a t i c e n v i r o n m e n t:ac r i t i c a l r e v i e wJ.J o u r n a lo fH a z a r d o u sM a t e r i a l s,2 0 2 1,4 1 1:1 2 5 1 4 8.5 T ANQ W,L IW Y,Z HAN GJP,e t a l.P r e s e n c e,d i s s e m i n a t i o na n dr e m o v a lo fa n t i b i o t i cr e s i s t a n tb a c t e r i aa n da n t i b i o t i cr e-s i s t a n c eg e n e s i nu r b a nd r i n k i n gw a t e rs y s t e m:ar e v i e wJ.F r o n t i e r so fE n v i r o n m e n t a lS c i e n c e&E n g i n e e r i n g,2 0 1 9,1 3(3):1 3-2 7.6 GA L HANOBSP,F E R R A RRG,P AN Z E NHAG E NP,e t a l.A n t i m i c r o b i a l r e s i s t a n c eg e n ed e t e c t i o nm e t h o d s f o r b a c t e r i a i na n i m a l-b a s e df o o d s:ab r i e f r e v i e wo f h i g h l i g h t s a n da d v a n t a g e sJ.M i c r o o r g a n i s m s,2 0 2 1,9(5).7 Z HUTT,S UZX,L A IW X,e ta l.I n s i g h t s i n t ot h ef a t ea n dr e m o v a l o f a n t i b i o t i c s a n da n t i b i o t i c r e s i s t a n c eg e n e su s i n gb i o-l o g i c a lw a s t e w a t e r t r e a t m e n t t e c h n o l o g yJ.S c i e n c eo f t h eT o-t a lE n v i r o n m e n t,2 0 2 1,7 7 6.8 YA L EWST.R e v i e wo na n t i b i o t i c r e s i s t a n c e:r e s i s t a n c em e c h-a n i s m s,m e t h o d so fd e t e c t i o na n di t sc o n t r o l l i n gs t r a t e g i e sJ.B i o m e d i c a l J o u r n a lo fS c i e n t i f i c&T e c h n i c a lR e s e a r c h,2 0 2 0,2 4(5).9 吴楠,杨静慧,张伟玉,等.不同环境介质中抗生素耐药性的检测方法研究进展J.微生物学通报,2 0 1 6,4 3(1 2):2 7 2 0-2 7 2 9.1 0 YA D AVSK,YA D AV AB,K E D I A N B,e ta l.P o l y m e r a s ec h a i n r e a c t i o n(P C R)-a r e v i e ww i t h i t s p e r t i n e n c y t od e n t i s t-r yJ.I n t e r n a t i o n a l J o u r n a lo fO r a lH e a l t hD e n t i s t r y,2 0 2 0,5(4):1 8 4-1 9 0.1 1 AK I N B OWA L EOL,P E N G H,B A R T ON M D.D i v e r s i t yo ft e t r a c y c l i n er e s i s t a n c eg e n e si n b a c t e r i af r o m a q u a c u l t u r es o u r c e si n A u s t r a l i aJ.J o u r n a lo f A p p l i e d M i c r o b i o l o g y,2 0 0 7,1 0 3(5):2 0 1 6-2 0 2 5.1 2 A G E R S OY,AN D R E A SP.T h et e t r a c y c l i n er e s i s