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?？股?、重金屬、消毒劑等污染物誘導(dǎo)耐藥菌和ARGs的產(chǎn)生。為了更好地了解垃圾填埋場中ARGs污染程度和潛在風(fēng)險，本文總結(jié)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(guān)鍵詞：垃圾填埋場;抗生素;抗性基因;環(huán)境污染

引言

抗生素是人類在20世紀(jì)最重要的發(fā)現(xiàn)之一，在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域常用于治療或預(yù)防細菌感染，在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)和畜牧業(yè)的發(fā)展中也起著重要作用?？股啬退幮允且环N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(guān)。中國作為世界上最大的抗生素生產(chǎn)和消費國之一，據(jù)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(huán)境中，導(dǎo)致了嚴(yán)重的環(huán)境污染問題。

環(huán)境中抗生素的存在誘導(dǎo)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(huán)境污染物。如今越來越多的證據(jù)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(huán)境中。近年來，隨著生活水平的提高，一些醫(yī)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(nèi)在抗性和外源輸入。

微生物的內(nèi)在抗性是ARGs的重要來源。內(nèi)在抗性是指細菌基因組中存在可能產(chǎn)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(huán)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(huán)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(jīng)城市污水管網(wǎng)進入污水處理廠，產(chǎn)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(yī)療廢物中的抗生素可能進入垃圾填埋場，這些持續(xù)存在的抗生素通過對微生物施加選擇壓力導(dǎo)致ARGs的產(chǎn)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(huán)境風(fēng)險和人類健康帶來了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。

全球每年約有3.5億噸固體廢物進入垃圾填埋場，數(shù)百萬立方米的垃圾滲濾液釋放到鄰近的環(huán)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(nèi)酰胺類抗性基因進行調(diào)查，發(fā)現(xiàn)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(biāo)基因。而在先前的研究報道中，根據(jù)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?；前奉惪剐曰颍╯ul1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(qū)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(dǎo)ARGs的產(chǎn)生。有研究表明ARGs與其抗生素的使用之間存在相關(guān)性，且抗性強度與抗生素含量有關(guān)。前期有研究報道ARGs中除sul2外，ARGs與同族抗生素相關(guān)性均較弱，而與非同族抗生素濃度相關(guān)性則較為普遍，這可能主要與環(huán)境中抗生素藥物對ARGs豐度的共選擇有關(guān)。在自然環(huán)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(chǎn)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(huán)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(rèn)為是影響ARGs最重要的因素，因為在環(huán)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(lián)系。武[4]等研究報道了垃圾滲濾液中金屬與目標(biāo)ARGs的關(guān)系更密切，在垃圾滲濾液中目標(biāo)ARGs的分布與重金屬鉻、鎘、鎳和砷的水平具有顯著相關(guān)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(tǒng)中，微生物群落已被報道為決定目標(biāo)ARGs的關(guān)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(xué)的方法研究了垃圾滲濾液中ARGs與微生物群落組成的相關(guān)性，發(fā)現(xiàn)滲濾液ARGs的組成與微生物群落顯著相關(guān)。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(fù)雜的環(huán)境體系中抗生素與抗性基因分布、命運、生態(tài)風(fēng)險、遷移與轉(zhuǎn)化機理，建立抗生素抗性基因生態(tài)風(fēng)險的評估體系。

（2）隨著HT-qPCR技術(shù)的發(fā)展，已有幾百種ARGs被相繼報道，利用宏基因組學(xué)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(huán)境威脅和人類健康作出風(fēng)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(xué)，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(nèi)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(biāo)關(guān)系研究[D].華東師范大學(xué)，2018.

[4]武冬.城市固體廢棄物衛(wèi)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(xué)，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(fù)

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(yī)學(xué)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(fù)