成都生物所在同步脱氮及削减抗生素抗性基因方面取得进展
作者：陈杨武
时间：2022-09-19
抗生素抗性基因（ARGs）是一类具有环境持久性、累积性等特点的新污染物。污水处理系统是ARGs的“源”和“汇”，其残留的抗生素和丰富的营养物质通过水平转移和垂直传播促进ARGs扩散、赋予抗生素耐药菌（ARB）抗性，引发“超级细菌”，对人类健康造成巨大威胁。因此，世界卫生组织已将ARGs列为21世纪威胁人类健康最重大挑战之一。我国 “十四五规划”和《二〇三五年远景目标的建议》首次提出“重视新污染治理”，2022年国务院办公厅印发《新污染物治理行动方案》，我国废水处理正由传统污染物高效去除到传统与新型污染物协同治理转变。
生物单元是废水处理中主要脱氮过程。短程硝化反硝化在畜禽养殖废水、垃圾渗滤液等低碳氮比废水中具有独特优势。中国科学院成都生物研究所污染生物治理项目组在前期工程研究、文献调研和小试研究中（Journal of Environmental Chemical Engineering, 2021, 10(1): 106925; Environmental Science and Pollution Research, 2022, 29 (31): 46848-46858），发现短程硝化反硝化（SCND）比全程硝化反硝化更能有效脱氮和削减ARGs。
近期，研究团队面向短程硝化反硝化工艺工程应用中基于全程硝化反硝化的启动调试过程，解析不同脱氮路径转化过程中ARGs的响应规律，探究了不同浓度的四环素、磺胺嘧啶和环丙沙星复合抗生素选择压力下，从全程硝化到短程硝化反硝化脱氮过程转换中污染物去除性能、ARGs变化及微生物群落结构响应规律。研究结果表明一定浓度的抗生素能促进系统从全程硝化转化为短程硝化反硝化，且总氮去除率提升了51.24%-60.36%；抗生素添加种类与产生的ARGs亚型、ARGs丰度之间并非一一对应关系，因此只检测某几种ARGs并不能完全表征系统风险。网络共现、偏最小二乘路径模型等表明短程硝化反硝化中的主要脱氮功能菌属（Brachymonas）并不是潜在宿主，证实调节环境因子是实现脱氮及同步削减ARGs的重要方式；环境风险评估进一步表明短程硝化反硝化阶段比全程硝化阶段削减了超过85.10%-87.23%的高风险ARGs类型。该研究进一步证实短程硝化反硝化是实现同步脱氮及ARGs控制的重要工艺。
研究结果可为全面了解污水处理系统中ARGs归趋，强化ARGs削减提供理论与技术支撑。研究成果发表在Chemical Engineering Journal （IF=16.744）。王林博士为第一作者，陈杨武博士后、谭周亮研究员为共同通讯作者。该研究得到中国科学院 “西部之光”交叉团队项目（2019XBZG_JCTD_ZDSYS_001）、中国博士后科学基金（2020M673293）和四川省科技厅重点研发项目（2020YFS0026）资助。
图1脱氮过程转化中污染物去除、ARGs归趋、微生物群落变化响应规律
