第一作者：張聰()
通信作者：趙欣()
王燦()
通信單位：上海學院
DOI：
刊物名稱：
文章亮點
1、電過濾處理后的不同污水水質差別明顯。
2、與其他污水相比，地表水底抗性基因更有可能編碼在染色體中。
3、電過濾處理增加不同污水中真菌的豐富度和多樣性。
4、電過濾處理后，地表水底的敏感菌比家禽飼養污水和診所污水更易存活。
5、畜禽飼養污水經電過濾處理后，水平基因轉移風險低于其他污水。
基本內容
不同污水是抗性基因(ARGs)出現和傳播的重要存儲庫。目前，不同污水的水質特點、微生物群落結構和水平基因轉移(HGT)風險還沒有系統的研究。為此，本研究以四種污水為對象，比較了電過濾處理后藥物的消除療效，寄主菌、ARGs和聯通基因器件(MGEs)的相對產率，微生物群落，HGT風險。宏基因組測序剖析表明，EFTR處理后，除多重抗性基因外，不同污水中ARGs的相對產率增加，MGEs的相對產率下降。與其他廢氣相比，地表水(SW)中ARGs和MGEs相對產率的變化率極高，說明ARGs更可能編碼在染色體中。同時，不同污水中真菌群落結構和寄主菌相對產率存在明顯差別。另外，EFTR會不同程度的觸發氧化應激和DNA損傷反應(SOS)的相關功能基因，影響ARGs傳播。與其他廢氣相比，家禽飼養污水(LW)中坐落引物上的ARGs比列最高，消除率最低，降低了HGT風險。該研究為污水處理和ARGs傳播的控制奠定了基礎。
圖文摘要
圖文總結
圖1EFTR處理不同污水的(a)COD和(b)TOC含量及清除率。
圖2EFTR處理前后不同污水中藥物的含量。
圖3EFTR處不同污水中ARGs的相對產率。
EFTR處理后，LW中COD和TOC的含量和清除率最高(圖1)。緣由是酸性條件下陽極表面更易生成·OH，可以更有效地氧化和礦化有機物。再者，不同污水中藥物的含量存在差別(圖2)。經EFTR處理后，藥物的總清除率均可達到70%以上，其中LW的清除率最高(99.11%)，這可能與LW中藥物的含量較高有關。通過宏基因組測序剖析，不同污水中ARGs以紅霉素耐藥基因為主，這可能歸因于氯霉素的廣泛濫用(圖3)。除多藥耐藥基因外，大多數ARGs的相對產率經EFTR處理后均有所增長，這是由于在EFTR過程中，·OH會殺害部份ARGs的寄主菌。因為LW中有機物含量最低細胞膜選擇性通透，使其ARGs相對產率升高更為顯著。為此，EFTR可以被覺得是一種有發展前景的處理技術，可以廣泛應用于各類污水。
圖4EFTR處理后不同污水中真菌群落組成的變化。(a)基于屬水平真菌群落Bray-差別矩陣的主座標剖析(PCoA)圖。(b)α多樣性的變化(指數和ACE指數)。(c)門水平上真菌群落的相對產率(前10位)。
圖5不同污水中典型ARGs寄主菌的相對產率(前25位)。
未經EFTR處理的HW、SW和SE的真菌群落結構相像，而LW與它們差別較大。同時，EFTR處理后，不同污水中真菌群落的分布發生改變，真菌豐富度和多樣性減少，而LW中真菌豐富度幾乎沒有變化，緣由是LW的水質非常復雜，致使ARGs向非耐藥菌轉移，產生多重耐藥菌(圖4a和b)。另外，不同污水經EFTR處理后，真菌群落結構和優勢寄主菌在門和屬水平上存在明顯差別，且LW中真菌多樣性高于其他污水。同時，LW中寄主菌相對產率的降低率最高，這為EFTR處理后不同污水的HGT風險提供了根據。(圖4c和5)。
圖6EFTR處理后不同污水中MGEs的變化。
(a)MGEs相對產率的差別(前10位)和(b)MGEs的相對產率。
圖7(a)電壓密度對EFTR處理后不同污水中轉合子含量和HGT頻度的影響。(b)與細胞膜私密性、ROS生成和SOS響應相關的功能基因產率的變化。
LW中污水中MGEs的相對產率與其他污水有明顯差別，尤其是IS，但是經EFTR處理后，不同污水中MGEs的相對產率降低，而ARGs增加(圖6a和b)。這表明一些ARGs可能坐落染色體上。另外，因為SW污水中MGEs的相對產率低于其他污水，使ARGs編碼在染色體上的可能性提升，進一步增加了ARGs的傳播風險。EFTR處理對不同污水的HGT風險均有顯著的抑制作用。在相同電壓密度下細胞膜選擇性通透，LW的HGT頻度和轉合子含量顯著低于其他污水(圖7a)。主要誘因是一方面，LW中寄主菌的數目更多，另一方面，ARGs編碼在MGEs上的可能性更高和MGEs的清除率更低。SW經EFTR處理后，相關功能基因水平顯著低于LW(圖7b)。使SW的HGT風險更低。為此，在今后的研究中，LW的水質和安全問題值得造成足夠的注重。
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