土壤和空气中细菌整合子的研究进展

(沈阳化工大学 辽宁 沈阳 110142)

前言

细菌的耐药性通常是由于抗生素抗性基因(ARGs)的表达产生的，世界卫生组织(WHO)已将ARGs作为21世纪威胁人类健康的最重大挑战之一。近年来发现的一种基因元件——整合子，其检出率被证明与细菌的耐药性呈正相关，整合子可以通过特异性结合位点捕获外源基因(特别是ARGs)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[1]，使ARGs在不同种属细菌间进行水平转移，因此对环境中整合子的分布特征进行研究显得尤为重要，本文对土壤和空气环境中整合子的分布特征进行了总结。

一、土壤中整合子的研究现状

许多研究表明废水灌溉、动物粪便或其消化物质作为肥料进入土壤，是耐药菌进入土壤环境的重要传播途径。Jechalke等[2]对重复灌溉废水的土壤进行了100年的观测，结果表明由于重复灌溉废水而导致细菌生物量增加，且ARGs和1类整合子丰度也显著增加。Nõlvak等[3]探讨了矿物肥料(NH4NO3)、牛粪和牛粪沼渣对农业草原土壤中五种ARGs和两类整合酶基因(intI1和intI2)的丰度和动态比例的影响，结果表明施加有机肥对土壤细菌群落中ARGs和整合酶基因的丰度有显著影响，牛粪和牛粪沼渣均被证明是ARGs及整合子的重要来源。国内也有相关研究表明粪肥是土壤中整合子检出率增高的原因，张等[4]采集了北京11个长期施用粪肥蔬菜基地的温室土壤，与不施粪肥的大田土壤相比，温室土壤的Ⅰ类整合子(intI1)检出率比大田土壤高1.5倍。

除了田地土壤，在湿地土壤和水体沉积物与底泥中也检测到了整合子。徐[5]在三峡库区土壤和沉积物中检测出了10种抗生素，sul1，sul2，tetA，tetB，tetM，tetQ，tetG和intI1的检出率为100%，sul1的平均浓度最高，intI1含量水平仅次于sul1，且与多种ARGs显著相关，表明三峡库区受整合子基因污染较为严重，整合子可能促进ARGs的水平基因转移。麦等[6]分析了夏、冬季节9个不同构型人工湿地中的葡萄球菌、假单胞菌两种土著菌对7种常用抗生素的耐药性，结果显示，湿地基质中int1基因的相对丰度为0.54%～3.68%，约84%的菌株对所测试的抗生素具有耐药性，多重耐药率达到68%以上。可见，土壤中ARGs污染已十分严重，为减小ARGs在土壤中的传播，应在农业灌溉和施肥方面加强控制与管理。

二、空气中整合子的研究现状

我国细颗粒物污染严重，细菌很容易吸附于空气中的细颗粒物尤其是PM2.5，目前已在养殖场、医院、公共场所、城市住宅的空气中检出耐药菌，由于空气中的病原菌易被人吸入体内，携带整合子的耐药菌对人体健康有很大威胁，因此对空气中细菌整合子的分布特征进行研究有重要的意义。Navajas Benito等[7]对奶牛场及其周边地区的空气和渗出物样本中的分离株进行抗性检测，共检测到7株含有1类整合子的细菌，其携带的主要基因盒为dfrA1-aadA1，另外还检测到21.8%的菌株具有耐药性，14%的菌株具有多重耐药性，表明耐药菌可以通过空气从养殖场传播到周围环境。Ling等[8]从科罗拉多州的室内及室外环境中收集气溶胶样品，室外环境包括城市、半城市、畜牧业和高山森林地区，室内环境包括集约化养殖场(CAFOs)、诊所及收容所，结果在CAFOs中检测到与多重耐药有关的1类整合子的整合酶基因(intI1)，且CAFOs的空气中具有比其他环境高10到100倍浓度的16S rRNA、tetX和tetW基因，研究结果表明CAFOs和诊所是空气中ARGs的主要来源，并可以通过空气运动进行运输。在国内，Li等[9]使用高流量离心取样器(RCS)收集来自北京污水处理厂的十二个采样点(包括七个厂内场地、一个逆风场和四个顺风场)的样品，结果从格栅室和生物反应池收集的空气样品中检测到耐复方新诺明的sul2基因和1类整合酶基因，并且在污泥浓缩池附近空气中的气溶胶具有更高的细菌和真菌浓度，总体而言，污水处理厂的格栅室、污泥浓缩池和生物反应池附近的空气中有较高的耐药细菌浓度。由此可见，养殖场和污水处理厂附近空气中的ARGs污染更严重，整合子的检出率也更高。

三、结论

土壤中耐药菌和整合子的检出率越来越高，且土壤中整合子的阳性率受地点、季节、温度等其他环境因素影响较大，加深土壤中整合子的研究对于探究耐药基因在环境中的传播转移机制有重要的意义。随着空气中细颗粒物污染的加重，给耐药基因在空气中的传播提供了有利条件，而人类通过呼吸使带有耐药整合子的细菌进入人体，对人类健康有直接影响，但由于对空气中整合的污染现状缺乏足够的信息，且采样方法和检测分析方法尚未标准化，因此该领的域研究既有发展空间又有一定的难度，目前国内外关于空气中整合子的研究还很薄弱。