手性抗生素对污泥中抗生素抗性基因传播及风险的影响

手性抗生素的过度使用正在加速抗生素抗性基因（ARGs）的扩散，然而不同抗生素对映体因空间构型差异对 ARGs 传播所产生的特异性影响，目前仍不清楚。污水处理厂是 ARGs 扩散的关键场所之一，其进水常含有高浓度的手性抗生素，例如氧氟沙星（OFL）与其 S - 构型对映体左氧氟沙星（LEV）。既有研究多聚焦于抗生素总浓度对 ARGs 的影响，而忽略了对映体水平上的选择性作用；实际上，不同对映体与生物大分子结合的差异性可能导致截然不同的抗性机制。本研究拟系统解析 OFL 与 LEV 在活性污泥体系中对 ARGs 分布特征、传播路径及潜在风险的对映体选择性效应，以期为手性抗生素的环境行为与风险评估提供新的理论依据。

主要结果

手性抗生素对 ARG 类型存在选择性富集：LEV 主要富集氨基糖苷类和莫匹罗星抗性基因，OFL 则促进磺胺类、MLS 类等更多类型 ARGs 增殖。OFL 组的 ARG 亚型更丰富（新增 86 种），多样性（Richness 和 Shannon 指数）更高，而 LEV 组新增 47 种亚型，主要为氨基糖苷类抗性基因，这与两者毒性差异（LEV 毒性为 OFL 的 128 倍）导致的抗性机制分化有关。

图1.手性抗生素对ARG、BMRG、MGE和VG谱的影响

在所有分析样品中共检出90种可移动遗传元件（MGEs），其中OFL组表现出更高的MGE丰度与多样性，特别是质粒（其丰度为LEV组的3.09倍）以及插入序列（例如IS91）。该组中ARGs与MGEs之间的共现关系也更为复杂，网络结构更为紧密（包含76个节点与275条连接边）。此外，OFL组中有40.5%的ARG重叠序列位于质粒上，该比例显著高于LEV组（31.8%），并且质粒所携带的ARG种类更为多样（包括氨基糖苷类与磺胺类等），表明其具有更强的水平基因转移（HGT）潜力。同时，OFL组中同时携带ARGs与MGEs的重叠序列丰度也更高，进一步支持了该组环境在促进ARG传播方面的作用。

图2.手性抗生素压力下ARGs的移动性评估

本研究发现变形菌门是 ARGs 的主要宿主（占 87.5–95.9%），OFL 组中其比例升至 95.9%，且 ARG 宿主多样性更广（涵盖拟杆菌门、绿弯菌门等）；LEV 组变形菌门比例降至 88.2%，放线菌门和酸杆菌门宿主增加。科水平上，OFL 富集罗丹杆菌科（携带多重耐药基因）等，LEV 则富集肠杆菌科（氨基糖苷类抗性）和放线菌科（万古霉素抗性等），宿主差异进一步驱动了 ARG 谱的分化。

图3. 手性抗生素压力下微生物群落的表征

抗生素抗性组风险指数（ARRI）显示，OFL 处理组的风险值为 LEV 组的 1.3 倍，主要因 OFL 显著增加了移动性 ARGs、共选择性 ARGs 和致病性 ARGs 的丰度。尽管 LEV 组 ARGs 总丰度更高，但 OFL 通过增强基因移动性、扩大宿主范围和促进共选择，带来了更高的环境风险，提示抗生素立体结构是抗性风险评估中不可忽视的因素。

图4. 不同手性抗生素处理下ARGs的抗性组风险

研究结论

该研究揭示了手性抗生素的对映选择性抗性风险，表明 OFL 通过增强 ARGs 的移动性和致病性带来更高环境风险，而 LEV 主要通过特定致病菌驱动抗性传播。这为理解手性抗生素在抗性基因扩散中的作用提供了关键见解，强调在环境风险评估中需考虑抗生素的立体化学特性，对制定针对性的污染管控策略具有重要指导意义。

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.biortech.2025.132749.