农业、垃圾填埋场及危险废物处置场（HWDS）来源地下水中抗生素耐药基因及人类细菌病原体的宏基因组特征分析：驱动因素、风险及来源追踪

研究背景

抗生素抗性基因（ARGs）与致病菌被视为重要环境污染物，在地下水系统中可通过水平基因转移持续传播，对公共卫生构成潜在威胁。农业活动、垃圾填埋场、危险废物处置场（HWDS）是地下水污染的典型人为源，但其对地下水中 ARGs 与病原微生物的贡献差异、驱动因子及溯源机制仍不明确。地下水环境相对封闭、流动性弱，污染物易累积，而目前对多污染源场景下宏基因组水平的抗性组与病原组联合表征仍较为缺乏。研究旨在系统解析不同污染源地下水中 ARGs 与致病菌的分布特征，识别关键驱动因素，评估健康风险并实现污染源追踪，为地下水环境安全管控提供依据。

主要结果

研究通过宏基因组学方法表征了农业区、垃圾填埋场和危险废物处置场（HWDS）三类污染源地下水中的抗生素抗性基因（ARGs）与人类致病菌分布特征，结果显示，三类区域地下水中ARGs的丰度与多样性存在显著差异，其中危险废物处置场（HWDS）地下水中ARGs总丰度最高，垃圾填埋场次之，农业区最低，多药耐药基因、磺胺类及四环素类抗性基因为各类区域的优势ARGs类型，且在污染源附近呈现显著富集趋势，同时可移动遗传元件（MGEs）丰度与ARGs存在显著正相关，表明水平基因转移在地下水ARGs的传播中发挥重要作用。

图1.地下水中抗生素耐药组和可移动基因组谱系分析

在人类致病菌方面，垃圾填埋场与HWDS地下水中的致病菌丰度显著高于农业区，主要包含沙门氏菌（Salmonella）、克雷伯氏菌（Klebsiella）、假单胞菌（Pseudomonas）、葡萄球菌（Staphylococcus）等条件致病菌，部分菌株具有高致病性或多重耐药特性，且三类污染源地下水中的致病菌群落结构存在明显分异。

进一步分析发现，pH、电导率、氮素、重金属等环境理化指标，拟杆菌、变形菌等特定宿主菌组成的微生物群落，以及污染源类型与污染负荷，共同驱动了地下水中ARGs与致病菌的分布模式，其中人为源强度是主控因素；源追踪与风险评估结果表明，HWDS与垃圾填埋场是地下水中ARGs和致病菌的主要贡献源，农业源贡献相对有限，部分监测点位存在致病菌与高风险ARGs共存的情况，具有较高的潜在人体暴露与感染风险，且部分ARGs与致病菌可通过地下水迁移扩散至周边区域。

图2. 多种驱动因素影响抗生素耐药组

研究结论

危险废物处置场和垃圾填埋场是地下水中抗生素抗性基因（ARGs）与致病菌的关键热点源，其污染贡献显著高于农业区；可移动遗传元件（MGEs）介导的水平基因转移是ARGs在地下水传播的重要机制，加剧了抗性风险；ARGs与致病菌的分布由环境理化因子、微生物群落共同驱动，且人为污染源强度起主导作用；受污染地下水存在多重耐药致病菌与高风险ARGs共存现象，对饮用水安全和公共卫生构成潜在暴露风险。本研究为地下水抗性与病原污染的源头管控、溯源治理提供了宏基因组学层面的科学依据。

论文链接:https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2025.139803.