饮用水处理系统中抗生素抗性基因的持久性和细菌群落的变化：从饮用水源到自来水

研究背景

饮用水中抗生素抗性基因（ARGs）存在人体暴露风险，现有研究多采用相对丰度，难以反映真实污染负荷，且缺乏水源 - 龙头全链条、不同工艺下ARGs丰度、迁移性与宿主的同步解析。本研究选取华南两座水厂（A：常规+生物活性炭深度工艺；B：纯常规工艺），为期12个月逐月监测，结合流式细胞绝对计数与宏基因组测序，系统阐明全流程ARGs演变规律。

研究方法

沿全供水链条梯度采样，0.1μm 滤膜富集微生物；通过流式细胞测总菌密度、宏基因组得到单位细胞ARGs拷贝，换算得到cop/mL绝对丰度；依托序列组装、基因组分箱识别ARGs、可移动遗传元件（MGEs）并溯源宿主；搭配PCoA、RDA、共现网络完成多维度统计分析。

主要结果

两种工艺均能削减ARGs，但效果存在明显差异。全样本检出19类473种ARGs，总丰度区间1.26×10¹~1.94×10⁵ copies/mL；A厂ARGs平均削减 1.58-log，其BAC单元出现抗性富集；B厂削减2.26-log，管网ARGs去除随输送距离显著衰减。全流程存在bacA等持久核心抗性基因，常规处理无法完全去除；水源、消毒水、龙头优势ARGs类型发生定向转变，季节对 ARGs丰度无显著影响。

图1.E.coli在各DBPs作用下的抗性变化情况

水处理是重塑抗性群落的核心驱动因子，浊度为关键调控水质指标。工艺对ARGs群落变异解释度超 30%，远高于季节；浊度与ARGs丰度显著正相关，颗粒附着微生物是ARGs主要载体，水源独有抗性亚型最多，大部分经处理被清除。

ARGs多基因串联现象普遍，质粒携带抗性基因水平转移风险高。599 条抗性序列中32.2%携带多种ARGs；24.2% ARGs定位于质粒，磺胺、四环素类质粒占比超57%；sul1/sul2常与整合子、转座酶等MGEs连锁，消毒无法降低ARGs迁移潜力。供水全流程定向筛选耐消毒致病宿主，末端致病菌风险升高。共鉴定78个ARGs宿主；水源以肠杆菌等环境土著菌为主，消毒后假单胞菌、不动杆菌占优，入户龙头分枝杆菌成为核心宿主，包含多种机会致病菌，管网筛选出水源未检出的新型耐药菌。

图2.DBPs胁迫导致细菌细胞壁肽聚糖演变

研究意义

常规与深度净水工艺均可降低水体ARGs负荷，但生物活性炭存在抗性蓄积、常规管网存在距离衰减问题；水处理显著改变抗性群落，浊度介导的颗粒微生物是ARGs主要载体；质粒耦合MGEs使磺胺、四环素类基因具备持续水平传播能力；供水流程逐步筛选分枝杆菌等耐消毒机会致病菌，放大饮水健康风险。饮用水抗性防控需兼顾水厂工艺优化与管网余氯、生物膜管控，为全链条分级风险管控提供量化依据。

论文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.est.4c13833.