背景：抗菌素耐药性（AMR）已在各种水生环境中被广泛检测到，包括废水、河流和湖泊等淡水水体，甚至饮用水，对全球公共卫生构成严重威胁，饮用水是通过直接消费在人类和环境之间传播抗菌素耐药性的关键媒介。此外，环境动态，如季节变化、水力扰动和消毒处理已被证明会影响DWDS中的微生物群落和ARGs。然而，准确追踪生物膜中抗生素抗性组对废水中抗生素抗性组的贡献并量化相关的健康风险需要进一步研究。本研究中的CDC生物膜反应器由铸铁（CI）、聚氯乙烯（PVC）和不锈钢（SS）三种不同材料制成。

主要结果：与进水（6.11）相比，生物膜（2.75~5.23）和出水（2.19~3.31）中微生物群落的Shannon指数均显著降低。变形菌群在生物膜和出水中占主导地位（81.51%~97.39%），浮霉菌门（11.63%）和放线菌门（3.43%）也占主导地位。NMDS分析显示，进水、生物膜和出水的微生物群落存在显著差异。在CDC反应器中孵育120d后，观察到出水水质发生显著变化。特别是含有铸铁优惠券的反应器出水中的浊度和Fe2+浓度增加，总细菌数也显著增加，而氯浓度下降到低于0.05 mg/L。相比之下，含有聚氯乙烯（PVC）和不锈钢（SS）的反应器出水没有显著变化。

图1.生物膜微生物群落组成及水样在饮用水中的分布

在该DWDS中总共检测到69~305种ARG亚型。与进水相比，出水中的ARG亚型显著增加。生物膜显示出最高的ARG丰度（0.246~1.576 cpc），其次是出水（0.309~0.503 cpc），而进水中的ARG浓度最低（ 0.131 cpc）。结果发现，进水和出水之间的编码氨基糖苷、四环素和MLS耐药的ARGs显著增加，而与多药和杆菌肽相关的ARGs在流出物中显著减少。

图2.饮用水管道中生物膜和水样中的ARG分布

MGEs如质粒、整合子、插入序列（IS）和转座子在ARGs的传播中起着关键作用。研究发现，SS和PVC生物膜以及铸铁反应器出水中的MGE丰度显著增加，MGEs在SS和PVC生物膜中的丰度高于CI生物膜。此外，通过宏基因组组装揭示了ARGs和MGEs在同一条连续体上的共存模式。最引人注目的是，四环素耐药基因（tetY和tetX5）分别与质粒解旋酶基因（tral）在序列wt1.51064上共存，与质粒溶解基因（parA）在序列wp1.28080上共存。

与进水水平（0.005 cpc）相比，SS生物膜（0.035 cpc）和PVC生物膜（0.015 cpc）中的‌VFGs（毒力因子基因）浓度显著增加。从材料类型来看，VFGs丰度在SS生物膜中最高，其次是PVC生物膜，CI生物膜中最低。在含有SS和CI的反应器（如wg215145和wt16841）的出水中观察到VFGs和ARGs共存，发现它们的百分比在SS（0.38）和PVC（0.33）的生物膜中最高，其次是出水（0.25~0.26），突出了它们的潜在健康风险。

图3.基于宏基因组组装的饮用水配水系统中ARGs、VFGs和MGEs的发生

使用FEAST来确定来自进水和生物膜的废水中抗生素抗性组的贡献，结果发现，CI生物膜的贡献较低（0.97%~1.71%），而进水的贡献则大得多（43.41%~52.99%）。相反，生物膜和进水均能解释SS反应器出水中较高比例的ARG分布（分别为34.61%~34.88%对24.99%~30.26%）和PVC反应器（分别为19.37%~33.46%对30.81%~44.72%）。
 图3.饮用水配水系统中抗生素耐药组的来源追踪及健康风险

主要结论：本研究在模拟的DWDS中连续孵育120d后，观察到水质恶化，浊度和Fe2+水平增加，氯浓度下降。三种材料优惠券上均形成生物膜，其中铸铁材料上的细菌数最高。进水和出水之间的微生物群和抗生素耐药组发生了显著变化。出水中的ARG多样性和丰度显著增加。特别是，通过宏基因组组装鉴定了几种潜在病原体，如不动杆菌属、假单胞菌属和大肠杆菌属，它们同时携带ARGs和MGEs。源追踪分析表明，生物膜对SS和PVC反应器出水中的ARG谱贡献较大。与进水相比，出水和生物膜中的ARG相关健康风险增加 。转化试验进一步证实了该DWDS中基因转移的发生，表明存在潜在的移动性。

论文链接：https://doi.org/10.1016/i.watres.2025.123136.