垃圾填埋場抗性基因污染研究進展

姚麗華 陳麗君 俞棟

摘要：垃圾填埋場是城市固體廢物（Municipal solid waste， MSW）最終的處理處置場所，同時也是抗生素和抗性基因（Antibiotics resistance genes， ARGs）重要的匯與源。抗生素、重金屬、消毒劑等污染物誘導耐藥菌和ARGs的產生。為了更好地了解垃圾填埋場中ARGs污染程度和潛在風險，本文總結了垃圾填埋場中ARGs來源、豐度、影響因素等方面的研究，并對未來的研究方向提出了展望。

關鍵詞：垃圾填埋場;抗生素;抗性基因;環境污染

引言

抗生素是人類在20世紀最重要的發現之一，在醫學領域常用于治療或預防細菌感染，在現代農業和畜牧業的發展中也起著重要作用。抗生素耐藥性是一種全球性的健康危機，與人類和動物對抗生素的使用量增加有關。中國作為世界上最大的抗生素生產和消費國之一，據估計，抗生素每年消耗約54000噸[1]。由于人類或動物在使用抗生素的過程中吸收效果較差，因此高達70%-90%的抗生素以原始藥物形式釋放到環境中，導致了嚴重的環境污染問題。

環境中抗生素的存在誘導ARGs的形成。2006年，Pruden[2]等首次提出將抗性基因作為一種新型環境污染物。如今越來越多的證據表明，ARGs存在于沉積物、河流、污水、垃圾填埋場滲濾液等各種環境中。近年來，隨著生活水平的提高，一些醫療保健藥品和個人護理用品頻繁使用，過期或丟棄的藥品隨生活垃圾進入垃圾填埋場中，使填埋場成為潛在的抗性基因的重要儲存庫。

1垃圾填埋場抗性基因的來源

垃圾填埋場抗性基因的兩個主要來源分別為內在抗性和外源輸入。

微生物的內在抗性是ARGs的重要來源。內在抗性是指細菌基因組中存在可能產生抗性的基因表型并且是一直不表達的基因，細菌可以通過隨機突變或表達潛在的抗性基因從而獲得抗性。

外源輸入是指環境中的耐藥菌中的抗性基因的輸入，抗性細菌是通過人或動物糞便隨著腸道排出體外的細菌，這是環境中ARGs的重要來源之一。垃圾填埋場ARGs一方面來自于生活垃圾的輸入，另一方面是人類或動物糞便經城市污水管網進入污水處理廠，產生的活性污泥運往垃圾填埋場進行填埋處置，使得大量的耐藥菌和抗性基因進入填埋場。

2.垃圾填埋場中抗性基因豐度

生活垃圾、活性污泥、糞便以及非法醫療廢物中的抗生素可能進入垃圾填埋場，這些持續存在的抗生素通過對微生物施加選擇壓力導致ARGs的產生和傳播，因此垃圾填埋場成為ARGs的重要儲存庫。而ARGs的污染問題對環境風險和人類健康帶來了嚴峻的挑戰。

全球每年約有3.5億噸固體廢物進入垃圾填埋場，數百萬立方米的垃圾滲濾液釋放到鄰近的環境中，在垃圾滲濾液中同樣也存在著高豐度的抗生素抗性基因。尤[3]等對我國七個大型垃圾填埋場滲濾液中氟喹諾酮類和β-內酰胺類抗性基因進行調查，發現在蘇州填埋場的垃圾滲濾液中ARGs的豐度最高，ARGs/16s rDNA為（1.44±4.64）×10-4。

武[4]等研究了上海老港垃圾填埋場中ARGs的分布情況，在滲濾液中抗性基因豐度隨著垃圾填埋齡的增加而增加，其中抗性基因sul1、aadA1和blaCTX-M是主要的目標基因。而在先前的研究報道中，根據ARGs和垃圾填埋場類型的不同，檢測到的ARGs的豐度有明顯的不同。磺胺類抗性基因（sul1和sul2）通常比其他ARGs更豐富。以上研究表明，垃圾填埋場中存在高豐度的ARGs。

3.垃圾填埋場抗性基因的影響因素

垃圾填埋場ARGs的變化和傳播可以通過各種驅動因素來確定，如抗生素、填埋齡、重金屬、微生物等，這些因素影響著垃圾填埋場中抗性基因的分布。

3.1抗生素對抗性基因的影響

抗生素的存在可能誘導ARGs的產生。有研究表明ARGs與其抗生素的使用之間存在相關性，且抗性強度與抗生素含量有關。前期有研究報道ARGs中除sul2外，ARGs與同族抗生素相關性均較弱，而與非同族抗生素濃度相關性則較為普遍，這可能主要與環境中抗生素藥物對ARGs豐度的共選擇有關。在自然環境下，抗生素可以通過多種途徑迅速降解，如吸附、光降解和生物降解等。因此它們對ARGs的影響可能是短暫的，ARGs產生后可能并不依存于抗生素。

3.2重金屬對抗性基因的影響

環境中殘留的重金屬可能對抗性基因施加選擇壓力，從而影響抗性基因的分布與傳播。在以前的研究中，重金屬被認為是影響ARGs最重要的因素，因為在環境中它比其他藥劑施加更大的抗性選擇壓力;并證明金屬抗性與AMR具有密切的聯系。武[4]等研究報道了垃圾滲濾液中金屬與目標ARGs的關系更密切，在垃圾滲濾液中目標ARGs的分布與重金屬鉻、鎘、鎳和砷的水平具有顯著相關性。

3.3微生物對抗性基因的影響

在堆肥和土地等固體廢物處理系統中，微生物群落已被報道為決定目標ARGs的關鍵因素。有研究證實，細菌群落組成主要影響垃圾中的ARGs，而MGEs進行的HGT和重金屬的存在對于滲濾液中的ARGs更為重要。zhao[5]等通過宏基因組學的方法研究了垃圾滲濾液中ARGs與微生物群落組成的相關性，發現滲濾液ARGs的組成與微生物群落顯著相關。以往有研究報道微生物改變是影響ARGs變化的主要因素，其影響達到65.8%;武[4]等也報道了ARGs的命運可能依賴于細菌宿主類型。以上研究均表明，垃圾填埋場中微生物也影響著抗性基因的分布與傳播。

4展望

在減少抗生素進入垃圾填埋場的同時，今后的工作需要對以下幾個方面展開研究：

（1）探索垃圾填埋場這種復雜的環境體系中抗生素與抗性基因分布、命運、生態風險、遷移與轉化機理，建立抗生素抗性基因生態風險的評估體系。

（2）隨著HT-qPCR技術的發展，已有幾百種ARGs被相繼報道，利用宏基因組學方法探索新型的抗性基因，深入探究這些目的基因的抗性機制以及傳播機理，同時對環境威脅和人類健康作出風險評估。

參考文獻：

[1]姚麗華.浙江省城市生活垃圾填埋場抗生素抗性基因污染研究[D].浙江工商大學，2020.

[2]Pruden A， Pei R， Storteboom H， et al. Antibiotic resistance genes as emerging contaminants： studies in northern Colorado.[J]. Environmental Science & Technology， 2006， 40（23）：7445.

[3]尤新新.國內城市垃圾填埋場中抗生素殘留與抗性基因的地域特征及理化指標關系研究[D].華東師范大學，2018.

[4]武冬.城市固體廢棄物衛生填埋處理體系中抗生素抗性基因傳播機理與控制研究[D].華東師范大學，2018.

[5] Zhao R， Feng J， Yin X， et al. Antibiotic resistome in landfill leachate from different cities of China deciphered by metagenomic analysis.[J]. Water Research， 2018， 134：126-139.

作者信息

第一作者：姚麗華（1992.10），男，安徽安慶，漢，碩士研究生，助理工程師，研究方向：土壤修復

第二作者：陳麗君（1993.8），女，安徽安慶，漢，本科，初級護理師，研究方向：醫學護理

第三作者：俞棟（1989.9），男，浙江紹興，漢，本科，中級工程師，研究方向：土壤修復