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凌恩生物合作客戶：合肥工業大學崔康平老師團隊利用凌恩生物宏基因組抗性基因研究解決方案，對污水處理廠活性污泥中的釓（Gd（III））和抗生素磺胺甲噁唑（SMX）的聯合污染情況進行了調查，強調了Gd（III）和SMX單獨和共存對脫氮機制以及ARGs和MGEs的影響。該研究成果發表在環境類一區期刊《Process Safety and Environmental Protection》（IF=7.926）上。 醫院磁共振成像檢測和細菌感染的臨床治療導致釓和抗生素進入污水處理廠（WWTP）。然而，關于污水處理廠中釓和抗生素的聯合污染的信息仍然缺失。 本研究選擇50 μg/L釓（Gd（III））和500 μg/L磺胺甲噁唑（SMX），研究其對生物脫氮性能、微生物群落結構、抗生素耐藥基因（ARGs）和可移動遺傳元件（MGEs）的影響。 Gd（III）(50μg/L)單獨作用和聯合作用均可顯著抑制反硝化作用，因為Gd（III）能有效抑制nirD、nirB、napB和napA的表達，相比之下，對硝化作用沒有明顯的影響。Gd（III）抑制微生物活性，對EPS產生不利影響，降低核心ARGs宿主鏈霉菌的豐度。 聯合處理顯著增加了ARGs和intl1的豐度，并通過MGEs促進了水平基因轉移(HGT)，同時聯合處理使ARGs與MGEs高度相關。研究還表明ARGs可能抑制脫氮基因。 Gd（III）抑制微生物活性，對EPS產生不利影響，降低核心ARGs宿主鏈霉菌的豐度。聯合處理顯著增加了ARGs和intl1的豐度，并通過MGEs促進了水平基因轉移(HGT)，同時聯合處理使ARGs與MGEs高度相關。研究還表明ARGs可能抑制脫氮基因。 1、Gd（III）和SMX單獨或聯合作用條件下脫氮性能的變化 4種序批式反應器（SBRs）的脫氮性能如圖2所示。在45天的運行中，在4個反應器的出水中NH-N濃度都很低（圖2(a)）。結果表明，在50μg/L Gd（III）和500μg/L SMX共存的作用下，SBR的反硝化性能受到抑制，但優于單獨Gd（III）的作用，表明50μg/L Gd（III）在SBR中具有反硝化作用。圖2 四種序批式反應器（SBRs）的反應器性能（R0:對照，R1:單獨添加SMX, R2: Gd（III）與SMX共存，R3:單獨添加Gd（III））。 如圖3(a)所示，α多樣性分析結果表明，與對照組（R0）相比，R1和R3中Chao 1降低，而R2中顯著升高。R1和R2的Shannon指數略有下降，而R3的指數有所升高。如圖3(b)所示，在4個反應器中，變形菌門、放線菌門、擬桿菌門、厚壁菌門和亞硝化螺旋菌門均為優勢門。圖3 (a)alpha多樣性的變化。(b)門的相對豐度。(c)屬水平微生物群落熱圖（log 10）（前15）。(d)距離熱圖中微生物群落的變異。本研究檢測到6個硝化基因，如圖4(a)所示。反硝化基因豐度變化更顯著，13個反硝化基因如圖4(b)所示，500μg/L SMX單獨處理的反硝化基因變化與對照幾乎相同，而50μg/L Gd（III）單獨處理中，nirBDS和napAB的豐度顯著降低。圖4 4個SBRs中（a）硝化基因和（b）反硝化基因的相對豐度。 為了分析50μg/L Gd（III）和500μg/L SMX單獨處理或聯合處理的ARGs變化，通過宏基因組測序在樣本中檢測到20種ARGs，選擇了前10個亞型，并顯示在Circos中。耐藥基因的主要類型是桿菌肽（bac）、SMX（sul）、氨基糖苷（aad）和多藥（mex、omp、qac和multidrug_transporter）（圖5(a)）。R1和R2中SMX抗性基因（sul1和sul2）的豐度均高于對照，R1中sul1的豐度顯著高于R2。結果表明，聯合處理加速了細菌中優勢ARGs的轉移。圖5 Circos中（a）ARGs和（c）MGEs的相對豐度。（b）ARGs和（d）MGEs之間的NMDS的變化。 網絡分析結果表明，ARGs與MGEs密切相關，且MGEs之間的相關性比ARGs之間的相關性更強（圖6（a））?？梢酝茢?，Gd（III）和SMX的共存使MGEs在水平基因轉移（HGT）中更加活躍。從圖6（b）中可以看出，除Nitrospira外，其他屬與前10個ARGs均呈正相關，說明Nitrospira中沒有抗生素耐藥性。 采用Pearson相關系數分析ARGs與硝化和反硝化基因之間的關系（圖7）。結果表明，除amoB外，大多數硝化基因與ARGs之間呈負相關，而反硝化基因與ARGs之間均存在正相關和負相關。在50μg/L的Gd（III）和500μg/L的SMX共存的條件下，ARGs的增加通常也會導致脫氮性能的下降。參考文獻 Deciphering the response of biological nitrogen removal to gadolinium and sulfamethoxazole combined pollution: Performance, microbial community, and antibiotic resistance genes. Process Safety and Environmental Protection, 2022. DOI：10.1016/j.psep.2022.09.030
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