[发明专利]一种水中胞外抗生素抗性基因的去除方法

说明书

本发明公开了一种水中胞外抗生素抗性基因的去除方法，属于环境治理领域。该方法是向水中添加细胞裂解物，尤其是大肠杆菌的细胞裂解物，细胞裂解物中包括核糖核苷酸外切酶I、核糖核苷酸外切酶Ⅲ和DNA拓扑异构酶I等多种酶，可以降解胞外抗生素抗性基因。此外，针对细胞裂解物在水溶液中稳定性差、水成分复杂容易使细胞裂解物中酶失活等问题，本发明提供了聚丙烯酰胺(PAM)水凝胶固定化的细胞裂解物，对细胞裂解物进行保护，能够有效削减污水中的胞外抗生素抗性基因，并且可以重复利用。

技术领域

本发明属于环境治理技术领域，具体涉及一种水中胞外抗生素抗性基因的去除方法。

背景技术

抗生素广泛应用于医疗、水产养殖和畜牧业，极大地促进了人类健康和农业生产。但抗生素的过度使用和滥用不可避免使未被利用的抗生素进入环境中，诱导和加速了抗生素抗性菌(Antibiotic resistant bacteria，ARB)和抗生素抗性基因(Antibioticresistance genes，ARGs)产生。抗生素抗性(Antimicrobial resistance，AR)日益严重。世界卫生组织(WHO)强调抗生素抗性具有复杂性、多面性，是人类社会发展面临的重大威胁之一。直到2006年，ARGs才被公认为新兴环境污染物。

环境中ARGs主要以胞内DNA和胞外DNA两种形式存在，胞内抗生素抗性基因(Intracellular antibiotic resistance genes,iARGs)主要存在ARB体内的染色体或可移动遗传元件(Mobile genetic elements,MEGs)上，胞外抗生素抗性基因(Extracellularantibiotic resistance genes,eARGs)一般存在于环境中的MEGs或裸露于环境介质中。iARGs通过接合和转导的方式促进ARB的增殖，而eARGs常通过转化被细菌吸收从而促进抗生素抗性基因的传播。

目前，eARGs的风险日趋显著，在诸多环境中均被检测到。据报道畜禽粪便中eARGs丰度高达1.7×10³～4.2×10⁸copies/g干污泥。经过不同调理方式(如生物沥浸等)等方法虽可高效去除污泥中iARGs，而氨基糖苷类和四环素等类eARGs丰度仍高达10⁷copies/L。类似地，污水处理厂中膜生物反应器处理后的出水中检测到的eDNA含量为4.2ng/mL。消毒是去除污染物从而提高污水处理厂二级出水质量的重要单元，而有研究发现经过消毒处理后，eARGs丰度还出现上升趋势。

已有大量研究评估了不同方法对水中ARGs的去除，主要涉及物理法(如混凝等)、化学法(如氧化、芬顿、光催化等)、物理-化学联合法(如UV辐射、电离辐射等)和生物法(如膜生物反应器和人工湿地等)等。某些混凝剂可以有效去除ARGs，如聚合氯化铝，但去除效率跟混凝剂投加剂量显著相关，成本较高，不具有经济可行性。而对于臭氧氧化等化学处理，如vanA和blaVIM经O₃处理后相对丰度提高，O₃消毒对ARGs处理效果受臭氧浓度、接触时间、pH、悬浮物以及腐殖酸浓度等多种因素的影响，由于其传质速率有限且水溶性低，O₃实际利用率并不高。某些光介导的高级氧化虽然可以有效移除ARGs，例如UV/H₂O₂、UV/TiO₂、光催化以及光芬顿对ARGs的去除为0.83-5.59logs，但成本较高。基于UV的光催化耗能较高，同时废水的浊度抑制UV穿透。UV消毒过程不会产生消毒副产物，对环境友好，但有研究表明常规UV消毒剂量对四环素类、磺胺类、红霉素类等多种抗性基因均无去除效果。膜生物反应器和人工湿地去除ARGs的效率受运行参数限制，包括水力停留时间和水力负荷等，同时污染膜中可溶性微生物产物和胞外聚合物浓度对ARGs的去除有很大影响。在人工湿地处理中，植物种类、种植模式和湿地类型均会造成一定的影响。尽管目前已经有很多技术可以在一定程度上缓解ARGs的传播，但每种方法的局限性也是不言而喻。同时，大多数研究主要集中于现有处理技术，而没有更多的关注技术的创新，基于生物法去除eARGs很少。