制药污水处理系统中典型抗生素抗性基因的分布特征及归趋研究

摘要

随着抗生素耐药性细菌在环境中的大量出现，抗生素抗性在环境中的传播扩散已经引起了广泛关注。在已有的研究中，大量的不同种类和亚型的抗性基因在多种环境介质中都有检出，而不同样品中关于DNA的提取和抗性基因的准确定量还没有一个统一标准的方法。环境样品中抗性基因的准确定量，对于环境样品的DNA提取效率要求较高。针对抗性基因检测中所面临的在核酸提取过程缺少方法学质量控制这一问题，研究了不同环境样品（土壤、粪便和水体样品）中DNA提取浓度、纯度、提取效率以及方法的重复性，建立了一套比较可靠的抗性基因定量方法。
　　污水处理系统作为市政污水和工业废水等的处理终端，是减少传统污染物（BOD、COD、氨氮等）排放进入环境的主要方式，然而污水处理厂的生物处理系统却是环境新型污染物—抗生素抗性基因的重要储存库。污水处理厂出水的排放和剩余污泥的不当处置，导致了抗性基因在水环境和土壤中的大量存在。制药污水处理厂，尤其是抗生素的污水处理厂由于其中大量抗生素残留的存在，对生物处理单元中的微生物形成了明显的选择性压力。因此，抗生素制药污水处理厂中抗性基因的控制与削减对于减少环境中的抗生素抗性有着非常重要的意义。
　　研究通过定性和定量 PCR（聚合酶链式反应）调查了五个制药污水处理系统中编码四大类抗生素（磺胺类、四环素类、β-内酰胺类和大环内脂类）的10种抗性基因亚型的排放特征。五个处理系统出水中各种抗性基因的范围介于(2.08?0.16)?103至(3.68?0.27)?106 copies/mL之间。尽管和进水中相比，出水中抗性基因的浓度降低了0.5-2.5个数量级，但是它们并没有被真正的去除而是被转移到最终的脱水污泥中，这也导致了脱水污泥中抗性基因的浓度达到了(9.38?0.73)?107至(4.30?0.81)?1010 copies/g干重。通过对污水处理系统整个流程的抗性基因质量流分析，最终经过脱水污泥排放的抗性基因的总量分别是进水中的7-308倍和最终出水中的16-638倍。抗性基因的扩增过程主要发生在生物处理阶段，其中传统活性污泥法处理比周期循环活性污泥法（CASS）和膜生物反应器方式（MBR）对抗性基因的扩增更明显。由于制药污水处理系统的进水中不可避免的残留相对较高浓度的抗生素，研究发现进水中的抗生素与出水中相应抗性基因的相对浓度存在着明显的相关关系，这也表明抗生素在污水处理系统中对抗性基因的形成产生了明显的选择性压力。因此，减少抗生素进入污水处理系统可以有效地降低选择性压力和减少抗性基因的扩增。

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第一章 绪论

第一节 引言

第二节 抗生素抗性基因检测方法概述

第三节 环境样品DNA提取研究现状

第四节 抗性基因在污水处理厂中的研究现状

第五节 研究目的与意义

第六节 研究内容、方法与创新点

第二章 环境样品DNA提取标准方法的建立

第一节 DNA提取质量控制体系的建立

第二节 DNA提取方法的优化改进

第三节 抗性基因定性定量化指标检测标准方法体系的集成

第三章 制药污水处理系统中抗性基因的归趋及去除研究

第一节 制药污水处理厂

第二节 制药污水厂样品抗性基因的检测

第三节 抗性基因在不同处理单元的归趋

第四节 制药企业废水处理系统抗性基因的削减评估

第五节 制药企业废水处理系统抗生素选择性压力

第四章 结论与展望

第一节 结论

第二节 不足与展望

参考文献

致谢

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