土壤和空氣中細菌整合子的研究進展

(沈陽化工大學 遼寧 沈陽 110142)

前言

細菌的耐藥性通常是由于抗生素抗性基因(ARGs)的表達產(chǎn)生的，世界衛(wèi)生組織(WHO)已將ARGs作為21世紀威脅人類健康的最重大挑戰(zhàn)之一。近年來發(fā)現(xiàn)的一種基因元件——整合子，其檢出率被證明與細菌的耐藥性呈正相關(guān)，整合子可以通過特異性結(jié)合位點捕獲外源基因(特別是ARGs)并使之表達，同時整合子又可整合到質(zhì)粒或染色體上，或自身作為轉(zhuǎn)座子的一個組成部分而參與轉(zhuǎn)移[1]，使ARGs在不同種屬細菌間進行水平轉(zhuǎn)移，因此對環(huán)境中整合子的分布特征進行研究顯得尤為重要，本文對土壤和空氣環(huán)境中整合子的分布特征進行了總結(jié)。

一、土壤中整合子的研究現(xiàn)狀

許多研究表明廢水灌溉、動物糞便或其消化物質(zhì)作為肥料進入土壤，是耐藥菌進入土壤環(huán)境的重要傳播途徑。Jechalke等[2]對重復灌溉廢水的土壤進行了100年的觀測，結(jié)果表明由于重復灌溉廢水而導致細菌生物量增加，且ARGs和1類整合子豐度也顯著增加。N?lvak等[3]探討了礦物肥料(NH4NO3)、牛糞和牛糞沼渣對農(nóng)業(yè)草原土壤中五種ARGs和兩類整合酶基因(intI1和intI2)的豐度和動態(tài)比例的影響，結(jié)果表明施加有機肥對土壤細菌群落中ARGs和整合酶基因的豐度有顯著影響，牛糞和牛糞沼渣均被證明是ARGs及整合子的重要來源。國內(nèi)也有相關(guān)研究表明糞肥是土壤中整合子檢出率增高的原因，張等[4]采集了北京11個長期施用糞肥蔬菜基地的溫室土壤，與不施糞肥的大田土壤相比，溫室土壤的Ⅰ類整合子(intI1)檢出率比大田土壤高1.5倍。

除了田地土壤，在濕地土壤和水體沉積物與底泥中也檢測到了整合子。徐[5]在三峽庫區(qū)土壤和沉積物中檢測出了10種抗生素，sul1，sul2，tetA，tetB，tetM，tetQ，tetG和intI1的檢出率為100%，sul1的平均濃度最高，intI1含量水平僅次于sul1，且與多種ARGs顯著相關(guān)，表明三峽庫區(qū)受整合子基因污染較為嚴重，整合子可能促進ARGs的水平基因轉(zhuǎn)移。麥等[6]分析了夏、冬季節(jié)9個不同構(gòu)型人工濕地中的葡萄球菌、假單胞菌兩種土著菌對7種常用抗生素的耐藥性，結(jié)果顯示，濕地基質(zhì)中int1基因的相對豐度為0.54%～3.68%，約84%的菌株對所測試的抗生素具有耐藥性，多重耐藥率達到68%以上。可見，土壤中ARGs污染已十分嚴重，為減小ARGs在土壤中的傳播，應(yīng)在農(nóng)業(yè)灌溉和施肥方面加強控制與管理。

二、空氣中整合子的研究現(xiàn)狀

我國細顆粒物污染嚴重，細菌很容易吸附于空氣中的細顆粒物尤其是PM2.5，目前已在養(yǎng)殖場、醫(yī)院、公共場所、城市住宅的空氣中檢出耐藥菌，由于空氣中的病原菌易被人吸入體內(nèi)，攜帶整合子的耐藥菌對人體健康有很大威脅，因此對空氣中細菌整合子的分布特征進行研究有重要的意義。Navajas Benito等[7]對奶牛場及其周邊地區(qū)的空氣和滲出物樣本中的分離株進行抗性檢測，共檢測到7株含有1類整合子的細菌，其攜帶的主要基因盒為dfrA1-aadA1，另外還檢測到21.8%的菌株具有耐藥性，14%的菌株具有多重耐藥性，表明耐藥菌可以通過空氣從養(yǎng)殖場傳播到周圍環(huán)境。Ling等[8]從科羅拉多州的室內(nèi)及室外環(huán)境中收集氣溶膠樣品，室外環(huán)境包括城市、半城市、畜牧業(yè)和高山森林地區(qū)，室內(nèi)環(huán)境包括集約化養(yǎng)殖場(CAFOs)、診所及收容所，結(jié)果在CAFOs中檢測到與多重耐藥有關(guān)的1類整合子的整合酶基因(intI1)，且CAFOs的空氣中具有比其他環(huán)境高10到100倍濃度的16S rRNA、tetX和tetW基因，研究結(jié)果表明CAFOs和診所是空氣中ARGs的主要來源，并可以通過空氣運動進行運輸。在國內(nèi)，Li等[9]使用高流量離心取樣器(RCS)收集來自北京污水處理廠的十二個采樣點(包括七個廠內(nèi)場地、一個逆風場和四個順風場)的樣品，結(jié)果從格柵室和生物反應(yīng)池收集的空氣樣品中檢測到耐復方新諾明的sul2基因和1類整合酶基因，并且在污泥濃縮池附近空氣中的氣溶膠具有更高的細菌和真菌濃度，總體而言，污水處理廠的格柵室、污泥濃縮池和生物反應(yīng)池附近的空氣中有較高的耐藥細菌濃度。由此可見，養(yǎng)殖場和污水處理廠附近空氣中的ARGs污染更嚴重，整合子的檢出率也更高。

三、結(jié)論

土壤中耐藥菌和整合子的檢出率越來越高，且土壤中整合子的陽性率受地點、季節(jié)、溫度等其他環(huán)境因素影響較大，加深土壤中整合子的研究對于探究耐藥基因在環(huán)境中的傳播轉(zhuǎn)移機制有重要的意義。隨著空氣中細顆粒物污染的加重，給耐藥基因在空氣中的傳播提供了有利條件，而人類通過呼吸使帶有耐藥整合子的細菌進入人體，對人類健康有直接影響，但由于對空氣中整合的污染現(xiàn)狀缺乏足夠的信息，且采樣方法和檢測分析方法尚未標準化，因此該領(lǐng)的域研究既有發(fā)展空間又有一定的難度，目前國內(nèi)外關(guān)于空氣中整合子的研究還很薄弱。