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新污染物治理列为全面推进美丽中国建设的重要内容，是当前生态环境工作新热点。新污染物种类繁多、性质各异，且在环境中存在的浓度往往极低，这要求检测技术必须具备更高的灵敏度、准确性和选择性。近年来，随着科技的快速发展，新污染物的分析检测技术取得了显著进步。为了更好的展现新污染物分析检测技术的创新成果，以及了解目前行业发展的现状，仪器信息网特别策划《环境新污染物分析检测技术与行业进展》主题约稿活动，集中展示新污染物检测领域的最新成果，以下为同济大学张国晟老师回稿。南方某市水源水胞内、胞外抗性基因分布研究张国晟1,2，谷纪元1,2（1.同济大学环境科学与工程学院，上海 200092；2.长江水环境教育部重点实验室，上海 200092）作者邮箱：zhanggs371@163.com1 引言抗生素被广泛用于治疗细菌感染等疾病，但抗生素的滥用促进了抗生素耐药性细菌（antibiotic resistant bacteria, ARB）和抗生素抗性基因(antibiotic resistance genes, ARGs)的增殖与传播[1]，目前使用的大多抗生素都可以在环境中找到对应的ARB[2]。中国是抗生素耐药性发生率最高的国家之一[3]。ARGs是编码抗生素耐药性，是环境中广泛存在的一种新污染物，具有迁移转化途径复杂和种类多样等特点，对人类健康存在威胁，成为世界各地面临的日益严峻的挑战[4]。ARGs可分为胞内抗生素抗性基因（intracellular antibiotic resistance genes，iARGs）和胞外抗生素抗性基因（extracellular antibiotic resistance genes，eARGs）。iARGs被认为是自然环境中ARGs的主要部分，而eARGs在水环境中占主导地位[5]。由于河流系统中复杂的水质状况（抗生素、重金属、有机污染物等）形成的选择压力，与其他环境相比，河流系统有更多的机会实现ARGs的转移与运输[5]。因此，本研究针对南方某河流开展调研，定量分析该河流中iARGs与eARGs的分布差异。2 实验材料和方法研究对象为南方某市给水厂水源水，采样时间为2024年1月。当场测定部分常规理化指标后，采集5 L样本并立即运送至实验室进行后续处理。iARGs与eARGs分别按下述方法提取：5 L水样在负压抽滤下通过0.22 μm滤膜并收集滤后水。将滤膜浸泡在100 mL 含3%牛肉膏的溶液中，磁力搅拌30 min洗脱细菌。洗脱液以10000 g离心10 min，丢弃上清液。向沉淀中加入PBS使其重悬，用DNA提取试剂盒（天根生化科技有限公司，货号DP712）提取DNA后，即得含iARGs的待测液。向滤后水中加入pBR322质粒作为内参（终浓度约103 copiesL&minus 1），以50 mLmin&minus 1的流速通过装有核酸吸附颗粒（制备方法见参考文献[6]）的滤柱，用100 mL洗脱液（15 gL&minus 1氯化钠、30 gL&minus 1胰蛋白胨、15 gL&minus 1牛肉膏、3.75 gL&minus 1甘氨酸，pH=9.3±0.2）洗脱，洗脱液通过0.22 μm过滤器后，加入等量异丙醇，室温静置16 h；再以13000 g离心10 min，弃去上清液，用70%乙醇重悬沉淀并重新以13000 g离心5 min；弃去上清液后，静置数分钟待乙醇充分挥发后，再加入1 mL TE缓冲液，即得含eARGs的待测液。利用荧光定量PCR技术(qPCR)检测9种代表性的ARGs与1种用于介导ARGs传播的I型整合子，引物及ARGs靶向目标详见表1，所用仪器为ABI7500，反应试剂为TB Green® Premix Ex TaqTM II（Takara公司），终体系20μL。表1 本研究所用引物ARGs种类序列(5’→3’)靶向目标16S rRNAF:CGGTGAATACGTTCYCGGR:GGWTACCTTGTTACGACTTtetAF:GCTACATCCTGCTTGCCTTCR:CATAGATCGCCGTGAAGAGG四环素类tetCF:GCGGGATATCGTCCATTCCGR:GCGTAGAGGATCCACAGGACG四环素类续表ARGs种类序列(5’→3’)靶向目标sul1F:CACCGGAAACATCGCTGCAR:AAGTTCCGCCGCAAGGCT磺胺类sul2F:TCCGGTGGAGGCCGGTATCTGGR:CGGGAATGCCATCTGCCTTGAG磺胺类aadAF:GTTGTGCACGACGACATCATTR:GGCTCGAAGATACCTGCAAGAA氨基糖苷类rpoB1F:GGTCGCCGCGATCAAGGAGTR:GTGCACGTCGCGGACCTCCA利福平类katGF:GAAACAGCGGCGCTGATCGTR:GTTGTCCCATTTCGTCGGGG利福平类dfrA1(1)F:GGAATGGCCCTGATATTCCAR:AGTCTTGCGTCCAACCAACAG甲氧苄啶类blaIMPF: GGCGGAATAGAGTGGCTTAATTCTCR: CGTACGGTTTAACAAAACAACCACC碳青霉烯类pBR322F:TTACCCCCATGAACAGAAATCCR:ATGTTAAGGGCGGTTTTTTCC内参基因intI1F: CCTCCCGCACGATGATCR: TCCACGCATCGTCAGGCI型整合子3 实验结果和讨论常规理化指标检测结果见表2，根据该市公布的检测结果，该水源为II类水体。表2 常规理化指标温度/℃pH浊度/NTU游离氯/mgL&minus 1总氯/mgL&minus 1电导率/μScm&minus 117.28.493.60.080.13319ARGs检测结果如图1所示，iARGs以相对丰度（iARGs与16s rRNA的绝对丰度之比）表示，eARGs以绝对丰度表示。在iARGs中，9种待测ARGs均被检出。除常见的四环素类抗性基因(tetA、tetC)和磺胺类抗性基因(sul1、sul2)等被检出外，临床上用于治疗严重细菌感染的碳青霉烯类抗性基因blaIMP也被检出。其中blaIMP相对丰度最低，为1.03×10&minus 6；其他ARGs的相对丰度变化较小，均约10&minus 4~10&minus 2。在提取到的iDNA中，I型整合子的相对丰度为10&minus 6，表明在不同细菌之间存在一定频率的ARGs迁移与转化。在eARGs中，除blaIMP未检出外其余8中ARGs均有检出，不同种类ARGs的丰度变化较大：sul2的丰度最高，为1.11×108 copiesL&minus 1；katG的丰度最低，为1.69×105 copiesL&minus 1。在提取到的eDNA中，I型整合子的丰度为1.36×106 copiesL&minus 1，表明在该河流的不同细菌群落之间，同样存在一定频率的ARGs迁移与转化。图1 南方某河流iARGs和eARGs丰度4 结论与展望水源水中存在的ARGs污染，除了来自上游污水厂的排放外，还可能来自沿途雨水的汇入[7]。此外，河流中存在的抗生素污染也会促进细菌产生抗生素耐药性，进而导致产生ARGs污染。已有研究表明，饮用水中存在的eARGs可影响小鼠肠道菌群并诱发肠道炎症[8]。而饮用水厂通常并不能实现ARGs的有效去除，甚至可能促进ARGs的富集[9]。因此，水环境ARGs污染所带来的健康风险应当引起重视，进行水体ARGs相关检测同样必要。这也对未来我国提高饮用水标准、改进自来水厂工艺措施以提高ARGs去除效果带来了新的挑战。参考文献[1] Holm R, Sö derhä ll K, Sö derhä ll I. Accumulation of antibiotics and antibiotic resistant genes in freshwater crayfish–effects of antibiotics as a pollutant[J]. Fish & Shellfish Immunology, 2023, 138, doi:10.1016/j.fsi.2023.108836.[2] Zhang T Q, Lv K Y, Lu Q X, et al. Removal of antibiotic-resistant genes during drinking water treatment: a review[J]. Journal of Environmental Sciences, 2021, 104(6): 415-429.[3] Zhao H Y, Zhang M, Bian J, et al. Antibiotic prescriptions among China ambulatory care visits of pregnant women: a nationwide cross-sectional study[J]. Antibiotics, 2021, 10(601), doi:10.3390/antibiotics10050601.[4] Hao H, Shi D Y, Yang D, et al. Profiling of intracellular and extracellular antibiotic resistance genes in tap water[J]. Journal of Hazardous Materials, 2019, 365: 340-345.[5] Yu W C, Xu Y, Wang Y W, et al. An extensive assessment of seasonal rainfall on intracellular and extracellular antibiotic resistance genes in urban river systems[J]. Journal of Hazardous Materials, 2023, 455, doi:10.1016/j.jhazmat.2023.131561.[6] Wang D N, Liu L, Qiu Z G, et al. A new adsorption-elution technique for the concentration of aquatic extracellular antibiotic resistance genes from large volumes of water[J]. Water Research, 2016, 92: 188-198.[7] Zhu Y, Liu Z S, Hu B L, et al. Partitioning and migration of antibiotic resistance genes at soil-water-air interface mediated by plasmids[J]. Environmental Pollution, 2023, 327, doi:10.1016/j.envpol.2023.121557.[8] Tan R, Jin M, Chen Z S, et al.Exogenous antibiotic resistance gene contributes to intestinal inflammation by modulating the gut microbiome and inflammatory cytokine responses in mouse[J]. Gut microbes, 2023, 15(1), doi:10.1080/19490976.2022.2156764.[9] Liu S S, Qu H M, Yang D, et al. Chlorine disinfection increases both intracellular and extracellular antibiotic resistance genes in a full-scale wastewater treatment plant[J]. Water Research, 2018, 136: 131-136.

探索微型游泳器在医学方面的应用是热点研究领域。近期，德国马克斯-普朗克研究所研究团队提出了一种基于氮化碳的光驱动微型游泳器，可用于体内药物递送，实现精准、可控地“按需”给药。该研究成果发表在《SCIENCE ROBOTICS》，题目为“Light-driven carbon nitride microswimmers with propulsion in biological and ionic media and responsive on-demand drug delivery”。　　研究团队开发了以二维氮化碳聚庚嗪酰亚胺微粒（PHI）作为各种离子和生物介质中的光驱动微型游泳器。研究结果表明，该微型游泳器能够在浓度高达5M且无需专用燃料的多组分离子溶液中高速游泳，突破了此前光驱动微型游泳器的瓶颈问题。微粒的纹理和结构纳米孔隙率与光电特性之间有利的相互作用，促进了高盐度溶液中离子的相互作用，进而使得该微型游泳器具备高的离子耐受性。研究团队还通过对三种不同细胞系和原代细胞的细胞活力测试验证了该微型游泳器的生物相容性。游泳器的纳米孔中装载了一种模型抗癌药物阿霉素（DOX），从而在没有被动释放的情况下实现了185%的高装载效率。这种游泳器可以报告在不同pH条件下受控药物的释放情况，并可以通过控制照明按需触发释放药物。研究团队利用PHI的物质特性、环境敏感性和光诱导电荷存储特性，证明了在缺氧条件下DOX及其活性降解产物的光触发、促进释放，这使得该微型游泳器未来在缺氧肿瘤区域的诊断治疗方面开展应用成为可能。这种有机PHI微型游泳器既解决了当前光驱动微型游泳器面临的高离子耐受性、生物介质中无燃料高速推进、生物相容性等难题，又实现了按需释放物质等功能，为其在生物、医学、环境等方面开展潜在应用提供了支撑。　　论文链接：https://www.science.org/doi/10.1126/scirobotics.abm1421　　注：此研究成果摘自《SCIENCE ROBOTICS》杂志，文章内容不代表本网站观点和立场，仅供参考。

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