摘要：本研究以4种典型的ARGs标志基因为检测目标，评估了该方法在多种城市水体中的适用性。研究结果显示，这些ARGs标志基因在城市水体及邻近的自然水体中广泛分布且具有强相关性。在COVID-19疫情的高峰期城市污水中部分ARGs检出频率明显上升。

背景：抗生素抗性基因（ARGs）严重影响公共卫生及生态系统健康，其监测工作对构建可持续的城市水循环体系尤为关键。然而，现有的ARGs检测技术难以实现高效、灵敏且便捷地检测，急需开发新的检测技术。本研究发展了一种可以兼容RPA扩增和CRISPR检测的一步式检测方法，以其高效、便捷和灵敏的特性，有望成为推动城市水循环可持续发展的重要工具。

主要结果：

本研究表征了在靶向经典PAM序列的条件下，RPA扩增和CRISPR介导的检测难以在一管式系统中发生。而当靶向次优PAM序列时，一步式ARGs标志基因检测方法的检测限可以低至1-10 aM，与定量PCR相当。

图1.一步式ARG检测方法的建立

应用所研发的一步式检测方法和qPCR均检测了自来水、尿液、养殖废水、医疗废水处理设备的进水和出水中的4种ARGs标志基因。结果显示，sul1和intl1之间存在强相关性，且广泛分布于各种水体。qnrA-1和mcr-1主要存在于医院废水处理设备进水中，表明医院废水可能促进ARGs的传播。

图2.城市水循环系统中ARGs标志基因的检测

同时，污水处理厂也是城市水循环系统中ARGs的重要来源之一。应用所研发的一步式检测方法检测了合肥三家污水处理厂不同处理阶段中的4种ARGs标志基因。并对进水和剩余污泥进行了连续监测。有趣的是，进水中偶尔可以检测到mcr-1和qnrA-1，但是剩余污泥中这两种抗性基因未能检测到。这标志着当进水中抗性基因含量较低时，这部分抗性基因可能被污泥中的核酸酶等降解。

图3.检测污水处理厂中的 ARG

应用所研发的一步法检测新冠疫情高峰期和下降期全国18座污水处理厂的进水和剩余污泥中的标志基因，发现疫情高峰期某些ARGs（如qnrA-1和mcr-1）检出率更高。

图片4. COVID-19 流行的高峰期和衰退期，污水处理厂的进水和污泥中ARG检出情况

主要结论：本研究建立了一种基于CRISPR和RPA于一步的快速检测ARGs的方法，并利用该方法对城市各水体和邻近的自然水体中4种典型的ARGs标志基因进行了检测。研究揭示了几种ARGs标志基因在城市水体和邻近的自然水体中的分布情况和相关性，并分析了标志基因在新冠疫情高峰时期及衰退期时污水处理厂进水和剩余污泥中的检出频率变化。本研究建立的检测方法有助于监测城市水循环系统中的ARGs，从而推动城市水循环可持续发展。

原文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.est.4c02048.