水环境中细菌整合子的研究进展

(沈阳化工大学 辽宁 沈阳 110142)

前言

细菌耐药性是通过抗生素抗性基因(ARGs)的表达产生的，由于ARGs可以通过移动性基因元件在环境中不同种属间的细菌间进行转移和传播，Pruden指出，由于ARGs的广泛散播，其可以作为公共卫生问题被认为是新出现的“污染物”。近年来一种新型的、可携带多种耐药基因的基因元件——整合子被认为在ARGs的水平转移中发挥了重要的作用。整合子是一种基因单位，在整合酶的催化下，通过特异性结合位点捕获外源基因(特别是耐药基因)并使之表达，同时整合子又可整合到质粒或染色体上，或自身作为转座子的一个组成部分而参与转移，使耐药基因在同种和不同种属细菌间广泛传播。本文总结了近年来国内外有关整合子在水环境领域的研究现状。

一、医院废水中整合子的研究现状

由于医院及其附近的废水中含有大量抗生素，在环境选择压力下，细菌有更高的耐药性，细菌整合子出现的频率更高。Bezares等从医院废水中分离出123株耐碳青霉烯抗生素的铜绿假单胞菌(Carbapenem-resistantPseu-domonasaeruginosa)，发现75%携带intI1。Mokracka等从医院废水中分离出的阴沟肠杆菌(Enterobactercloacae)，有54%携带整合子。Xia等筛选了济南地区医院周边生活废水中391株不同耐药性肠杆菌菌株，发现其对氨节西林、甲氧节陡、硫代异哇的耐药性大于85%，1型整合子比率为593%，2型整合子的比率为9.2%，未筛选到3型整合酶阳性的菌株，含有整合子结构的菌株比不含整合子的菌株有更强的耐药性。Yang等从临床中分离出153株志贺氏杆菌(Shigella)，发现64.1%为耐药整合子细菌。此外，有研究表明医院废水中耐药菌整合子高于其他环境，可能是由于医院废水高抗生素选择压力造成的。

二、养殖场废水中整合子的研究现状

由于养殖场(水产、畜禽)对抗生素的使用量很大，养殖废水中细菌整合子出现的频率很高。Yohanna等从墨西哥某鲤鱼养殖厂中新鲜的鱼体中分离出46株气单胞菌，其中有20株携带一类整合子。梁等对来自鱼塘生态系统的165株大肠杆菌进行了检测，发现携带有耐药基因的比率为91.51%。对带有4种以上耐药基因的菌株检测，Ⅰ整合子酶基因阳性检出率为87.84%，携带有7种耐药基因的菌株全部为Ⅰ整合酶基因阳性，Ⅱ型整合酶基因阳性菌株检出率10.81%，由此可见，养殖场细菌耐药性较强，应对养殖场抗生素的使用应合理控制。

三、污水处理厂中整合子的研究现状

污水处理厂可能是细菌整合子和抗性基因进行水平转移的重要环境，近年来关于污水处理厂中细菌整合子的研究越来越多。Igbinosa等从南非地区的某污水处理厂中分离出24株气单菌胞(Aeromonas)，发现100%的气单胞菌对万古霉素、青霉素、氨苄青霉素、苯甲异唑青霉素抗生素具有抗性，其中20.8%携带一类整合子。Kotlarska等在两个污水处理厂未经处理和已经处理的水体中、海洋排污口和维斯瓦河河口中分离出大肠杆菌并分析其耐药性，结果显示其对多种抗生素有耐药性，分离株的32.06%检测到一类整合子，3.05%检测到二类整合子。Mokracka 等从采用活性污泥法处理工艺的某个污水处理厂不同处理工艺阶段中分离出了 1 832 株可培养菌，其中 12.1%携带整合子，进水、曝气池和出水中携带整合细菌的比例分别为22.3%、4.8%和 9.0%。而Zhang 等发现香港和上海某污水处理厂活性污泥法处理过程中对Ⅰ类整合子和相关基因盒的去除率高达 90%。说明了污水处理厂在环境中传播抗性基因具有重要作用，并且由于污水处理厂使用的工艺不同，整合子与耐药基因的去除效率也不同，建议在常规污水处理厂流程中应加强抗性基因污染监测，提高细菌整合子的控制水平。

四、自然界水体中整合子的研究现状

由于污水向自然水体的排入和ARGs的水平转移，耐药菌已不只存在于污水和废水中，近年来的许多研究发现自然水体的细菌整合子检出越来越高。Mukherjee等调研了印度托尔萨河中革兰氏阴性菌携带一类整合子的情况，发现100株革兰氏阴性菌中有40%携带一类整合子。在我国，对天然水体中整合子的研究已经取得了一些进展，Yin等从太湖中分离出78株细菌，其中38.5%携带整合子，Lin等从九龙江流域选取21个站点采集表面水体样品，筛选出191株无重复耐药细菌，药敏试验结果显示该191株耐药细菌对八大类19种抗生素的耐药率为8.9%～99.5%，所有菌株都对3种或以上抗生素有抗性，191株耐药细菌均检测出一类整合酶基因，5株检测出二类整合酶基因，无菌株检测到三类整合酶基因，并发现了新基因盒。自然水体中耐药整合子的阳性检出率越来越高，其介导的耐药基因的水平转移对生态和人类健康有很大的安全隐患。

五、展望

细菌整合子已广泛存在于各种水体环境，而细菌多重耐药性与整合子阳性检出率密切相关，人类感染超级细菌的报道不计其数，因此，对环境中整合子的分布进行调查研究很有必要，但关于整合子在土壤与空气环境中的分布特征研究较少，建议加强此方面的研究。另外，水体作为循环流动性极强的环境介质，其对耐药菌的传播扩散有更大的促进作用，因此对各类水环境中的整合子进行检测与控制十分有必要。