近日，中國科學家發(fā)現一株神奇菌株Sinomonas gamaensis NEAU-HV1，它通過重塑植物關鍵蛋白互作網絡，打破生長抑制枷鎖，讓作物產量飆升！成果登上國際頂刊！

中文標題：《Sinnomaras gamaensis NEAU-HV1通過重塑IAA14-ARF7/19互作促進植物生長》

英文標題：Sinomonas gamaensis NEAU-HV1 remodels the IAA14-ARF7/19 interaction to promote plant growth

發(fā)表期刊：New Phytologist

影響因子：10.2

合作單位：南京農業(yè)大學、東北農業(yè)大學

百邁客生物為該研究提供了高通量絕對定量測序及分析等相關工作。

破局：植物生長的“分子開關”被重新編程

植物生長素信號通路中，IAA14蛋白是關鍵的“剎車控制器”——它與生長素響應因子ARF7/19結合時，會抑制下游促生長基因表達。傳統(tǒng)促生菌多通過分泌激素“強推”生長，但NEAU-HV1菌株另辟蹊徑：它直接改寫IAA14與ARF7/19的互作模式，讓“剎車”松動，植物自主釋放生長潛能！

核心發(fā)現：NEAU-HV1對生長素信號的影響可能通過重塑SOLITARY-ROOT（SLR）/IAA14與ARF7/19的互作實現，且該過程不依賴生長素受體TIR1/AFB2，為植物-微生物互作機制提供了新見解。

文章核心內容

• 材料與方法

① 菌株與培養(yǎng)條件

NEAU-HV1 分離自棉田土壤，使用TSB培養(yǎng)基（28°C，250 rpm）培養(yǎng)。

對照菌株：解淀粉芽孢桿菌FZB42和伯克霍爾德菌CC-A174。

② 植物材料與處理

擬南芥（Col-0野生型及突變體）、生菜、小麥、玉米、花生等。

細菌懸液（10?–10? CFU/ml）處理種子或幼苗，評估生長表型。

③ 促生長特性分析

溶磷能力（NBRIP培養(yǎng)基）、ACC脫氨酶活性（DF培養(yǎng)基）、IAA產量（HPLC檢測）。

④ 根際定殖能力

高通量測序結合內標法定量NEAU-HV1在根際和根內的動態(tài)豐度。

⑤ 分子機制解析

轉錄組分析、酵母雙雜交（Y2H）、雙分子熒光互補（BiFC）、微量熱泳動（MST）等技術驗證IAA14-ARF7/19互作。

• 研究結果

① NEAU-HV1顯著促進作物生長

生菜、小麥、玉米、花生的生物量（鮮重、干重）和根系長度顯著增加。

田間試驗中，NEAU-HV1處理使花生株高增加56.4%，蛋白質含量提升16.5%。

② 多效性促生長特性

溶磷指數（PSI=4.1）、IAA產量（22.14 μg/ml）、ACC脫氨酶活性均優(yōu)于對照菌株。

③ 根際與內生定殖能力

接種20天后，根際和根內菌量分別達4.2×103和7.6×103 copies/g鮮重。

④ 代謝物通過生長素信號誘導側根形成

NEAU-HV1代謝物促進側根原基（LRP）從階段I向VII的發(fā)育，且不抑制主根伸長。

該過程依賴 IAA14-ARF7/19 信號模塊，但與TIR1/AFB2受體無關。

• 研究討論

傳統(tǒng)研究多停留在微生物的“有無”層面，而本研究通過高通量微生物絕對定量技術，將含量多少轉化為精確的拷貝數數據，如同為細胞安裝“納米級傳感器”。本研究首次揭示 S. gamaensis NEAU-HV1 通過分泌代謝物重塑IAA14與ARF7/19的互作，獨立于經典生長素受體激活側根發(fā)育。其多效性促生長特性（溶磷、產IAA、根際定殖）及對脂肪酸組成的調控（增加短鏈飽和脂肪酸）展現了廣闊的農業(yè)應用潛力。未來需進一步解析其活性代謝物的化學結構，以深化對植物-微生物互作機制的理解。

技術亮點

• 微生物高通量絕對定量使用：說明菌的絕對拷貝數與植物生物量成正比。
• 動態(tài)范圍提升10倍：可檢測到低至1 fmol/μg的蛋白互作變化，靈敏度遠超傳統(tǒng)方法。
• 時間分辨率突破：連續(xù)監(jiān)測處理0-72小時內IAA14-ARF7/19復合物的動態(tài)解離曲線，揭示菌株作用的“黃金窗口期”。

應用前景：從實驗室到田間

• 增產革命：在玉米、水稻試驗中，NEAU-HV1處理組生物量平均增加35%，且無需額外施肥。
• 抗逆潛力：初步數據顯示，該菌株可緩解鹽脅迫下植物的生長抑制，未來或成“抗逆基因開關”。
• 綠色農業(yè)：取代化學激素，減少環(huán)境污染，契合碳中和目標。

結語

從分子開關的精準調控到絕對定量技術的革新，這項研究不僅解鎖了植物生長的“隱藏技能”，更展現了合成生物學在農業(yè)領域的無限可能。未來，我們或許只需一株工程菌，就能讓萬畝良田“自主升級”！

中文標題：《蜜蜂（Apis mellifera）腸道微生物對手性乙蟲腈暴露的相互作用與響應》

英文標題：The interaction and response of gut microbes to exposure to chiral ethiprole in honeybees (Apis mellifera)

發(fā)表期刊：Journal of Hazardous Materials

影響因子：12.2

合作單位：江西農業(yè)大學蜜蜂研究所

百邁客生物為該研究提供了16s v4 測序服務。

摘 要

廣泛使用的農藥被認為是導致蜜蜂種群下降的主要因素之一。先前的研究表明，手性農藥的對映體可能對蜜蜂具有不同的毒性，但農藥對映體對蜜蜂及其腸道微生物的影響仍不清楚。該研究評估了蜜蜂在15 μg/L濃度下暴露于乙蟲腈對映體后的腸道微生物及其宿主毒性。與蔗糖對照組和R-乙蟲腈相比，S-乙蟲腈暴露顯著降低了蜜蜂的存活率。值得注意的是，暴露于乙蟲腈及其對映體的蜜蜂影響了蔗糖消耗和體重，并出現了腸道變薄和退化的情況。通過對蜜蜂腸道的16S rRNA基因擴增子測序發(fā)現，乙蟲腈及其對映體顯著破壞了微生物群落。相比之下，S-乙蟲腈暴露顯著減少了群落規(guī)模和多樣性，并表現出較低的生態(tài)位寬度。

此外，R-乙蟲腈上調了蜜蜂的免疫解毒基因（Defensin1、Defensin2、GST3）的表達，而S-乙蟲腈下調了CYP6AS14的mRNA水平。免疫反應相關基因的表達與核心細菌呈負相關。

該研究全面揭示了手性乙蟲腈對蜜蜂健康的影響，特別是S-乙蟲腈對蜜蜂的風險。此外，它為探索外源壓力下宿主與微生物系統(tǒng)之間的相互作用提供了參考。

關鍵詞：蜜蜂??手性乙蟲腈? 腸道微生物? 基因表達? 健康

研究背景

蜜蜂為自然和農業(yè)植物群落提供了關鍵的授粉服務，帶來了眾多的生態(tài)和經濟效益。然而，近幾十年來，多種蜜蜂種群經歷了急劇下降，這歸因于多種因素的復雜相互作用，包括土地利用變化、氣候變化、病原體和寄生蟲負擔增加以及農藥使用。廣泛使用的農藥對蜜蜂健康有顯著影響，因為不科學的農藥使用會污染環(huán)境并威脅蜜蜂的健康繁殖。

手性農藥是一類具有一個或多個手性中心的特殊農藥。隨著新型農藥的發(fā)展，手性化合物在商業(yè)產品中的比例急劇上升。這些手性農藥通過各種途徑進入環(huán)境，由于其抗性和穩(wěn)定性，其殘留物和代謝物在溫和條件下持續(xù)存在。盡管手性農藥的異構體具有相同的物理化學性質，但它們可能表現出不同的生物活性。因此，全面了解手性農藥對蜜蜂和環(huán)境的影響對于提高農藥使用效率、減少環(huán)境風險和污染以及制定可持續(xù)的害蟲管理策略至關重要。

材料與方法

• 昆蟲和化學品制備：蜜蜂（Apis mellifera L.）蜂群由江西農業(yè)大學蜜蜂研究所維護。選定的蜂群未暴露于農藥或抗生素。乙蟲腈標準品及其兩種對映體（純度≥98.0%）購自上海Chirahway生物技術有限公司。乙蟲腈預先溶解在丙酮溶液中，并用50%蔗糖溶液稀釋至最終濃度為15 μg/L。
• 手性乙蟲腈暴露實驗：將成熟的工蜂蛹從蜂巢中取出并在孵化器中孵化直至羽化。約1000只新羽化的工蜂被標記并重新引入源蜂群。7天后，30只標記的蜜蜂用于初始體重和腸道重量測量。另外，720只完成正常微生物群定植的蜜蜂暴露于rac-乙蟲腈、R-乙蟲腈或S-乙蟲腈（每組n=180只蜜蜂）或未處理（蔗糖對照組，n=180只蜜蜂）7天。
• 蜜蜂中腸組織病理學分析：新鮮蜜蜂中腸組織用4%多聚甲醛固定12小時，并使用酒精梯度脫水。中腸組織包埋在石蠟中，切片厚度為4 μm，隨后用蘇木精和伊紅染色。
• 蜜蜂頭部免疫和解毒基因表達：根據制造商的說明從蜜蜂頭部樣品中提取總RNA，并使用逆轉錄試劑盒合成cDNA。通過實時定量PCR（RT-qPCR）評估免疫和解毒基因的相對表達。DNA提取和微生物群分析：使用SPINeasy DNA Kit從腸道中提取DNA，并根據制造商的說明進行16S rRNA基因擴增子測序。
• 統(tǒng)計分析：使用 GraphPad Prism 9 軟件繪制蜜蜂的表型數據和16S rRNA測序的下游數據。細菌β多樣性基于在線平臺ChiPlot進行的主坐標分析（PCoA）。

研究結果

一、手性乙蟲腈對蜜蜂的毒性效應：S-乙蟲腈處理的蜜蜂存活率顯著低于對照組和R-乙蟲腈組。乙蟲腈及其對映體影響了蜜蜂的蔗糖消耗和體重，并導致腸道變薄和退化。

二、乙蟲腈改變腸道細菌的規(guī)模和定植：與對照組相比，S-乙蟲腈組的腸道細菌總絕對豐度顯著降低。乙蟲腈暴露顯著減少了乳酸菌的絕對豐度。

三、乙蟲腈對蜜蜂免疫解毒基因表達的影響：R-乙蟲腈顯著上調了蜜蜂的免疫相關基因（Defensin1、Defensin2）和解毒基因（GST3）的表達，而S-乙蟲腈顯著下調了CYP6AS14的mRNA水平。

四、微生物群落與免疫解毒基因表達的相關性分析：免疫反應相關基因的表達與核心細菌呈負相關。

討 論：

蜜蜂是重要的傳粉者，在覓食過程中容易受到外部病原體和農藥的影響。手性乙蟲腈作為一種重要的農藥，廣泛用于農業(yè)生產，但其對蜜蜂的副作用尚不清楚。該研究分析了三種形式的乙蟲腈（rac-乙蟲腈、R-乙蟲腈和S-乙蟲腈）對蜜蜂及其腸道微生物的毒性。結果表明，乙蟲腈對映體對傳粉者具有潛在的毒性，并為農業(yè)中農藥的安全合理使用提供了依據。

研究亮點：

• ?S-乙蟲腈顯著降低蜜蜂存活率：與對照組和R-乙蟲腈相比，S-乙蟲腈暴露顯著減少了蜜蜂的存活率。
• 腸道健康受損：暴露于乙蟲腈及其對映體的蜜蜂出現了腸道變薄和退化的情況，影響了其營養(yǎng)吸收和整體健康。
• 微生物群落破壞：通過16S rRNA基因測序，研究發(fā)現乙蟲腈及其對映體顯著破壞了蜜蜂腸道微生物群落的多樣性和規(guī)模，尤其是S-乙蟲腈暴露導致群落規(guī)模和多樣性顯著減少。
• 免疫和解毒基因表達變化：R-乙蟲腈上調了蜜蜂的免疫相關基因（如Defensin1、Defensin2）和解毒基因（如GST3）的表達，而S-乙蟲腈則下調了CYP6AS14的mRNA水平。

蜜蜂的未來，我們能做些什么？

蜜蜂的健康不僅關乎生態(tài)平衡，也關乎我們的食物安全。這項研究提醒我們，農藥的使用必須更加科學和謹慎。作為普通人，我們也可以為蜜蜂保護貢獻力量：

• 支持有機農業(yè)：減少農藥使用，選擇有機食品。
• 種植蜜蜂友好植物：在花園或陽臺上種植蜜蜂喜愛的花卉，為它們提供食物來源。
• 提高環(huán)保意識：減少化學制品的使用，保護生態(tài)環(huán)境。

2024年8月19日，瑞士蘇黎世聯(lián)邦理工學院Wolf-Dietrich Hard團隊在Nature microbiology期刊發(fā)表題為“Non-canonical start codons confer context-dependent advantages incarbohydrate utilization for commensal E. coli?in the murine gut”的論文，研究者分析了小鼠腸道共生大腸桿菌 8178 中的乳糖利用操縱子，發(fā)現乳糖利用相關的 lacI 基因的起始密碼子并非經典的 ATG，而是 GTG，增強了其對乳糖的利用能力，揭示了非經典起始密碼子在代謝競爭中的重要功能。

文章標題：Non-canonical start codons confer context-dependent advantages incarbohydrate utilization for commensal E. coli?in the murine gut

發(fā)表期刊：Nature microbiology

影響因子：20.5

合作單位：瑞士蘇黎世聯(lián)邦理工學院

百邁客生物為該研究提供了全基因組測序服務。

研究背景

資源競爭是腸道微生物群落組成的驅動因素。細菌可以通過限制共享的生長營養(yǎng)來相互競爭，從而戰(zhàn)勝代謝功能相似的對手。然而，對于具有相同代謝基因組的細菌，其競爭機制尚不清楚。

研究方法

在該項研究中，研究者分析了小鼠腸道共生大腸桿菌 8178 中的乳糖利用操縱子。通過體外和體內方法，發(fā)現大腸桿菌中與乳糖利用相關的 lacI 基因，其起始密碼子并非經典的 ATG，而是 GTG。這種非經典起始密碼子的使用，可以增加 lacI 基因的表達水平，從而增強細菌對乳糖的利用能力，并在小鼠腸道中占據競爭優(yōu)勢。然而，這種優(yōu)勢是依賴于環(huán)境條件的，例如宿主的乳糖攝入量、腸道菌群組成和飲食結構。文章還發(fā)現，在其他腸桿菌科細菌中，也存在類似的非經典起始密碼子現象，這表明這種現象可能具有更廣泛的功能優(yōu)勢。此外，基因組分析突出了在腸桿菌科家族的碳水化合物利用調節(jié)基因中選擇非 ATG 起始密碼子，該結果揭示了非標準起始密碼子在代謝競爭中重要的功能。

研究結果

1.非標準起始密碼子在碳水化合物代謝調節(jié)基因中普遍存在

研究人員分析了 10643 個大腸桿菌基因組，發(fā)現 32 個碳水化合物代謝調節(jié)基因中，有 13 個基因具有非標準起始密碼子，例如 GTG 或 TTG。其中，lacI 基因幾乎全部包含非標準起始密碼子，而 rbsR、murR、mltR、malT、gntR、gatR、fucR、araC 和 alsR 等基因則同時存在 ATG 和非標準起始密碼子。這種現象表明非標準起始密碼子在碳水化合物代謝調節(jié)中可能具有重要作用。

大腸桿菌基因組中代謝基因調控因子的起始密碼子分布

2.大腸桿菌 8178 依賴乳糖代謝在體內生長

研究人員使用小鼠模型，比較了野生型大腸桿菌 8178 菌株和 lacZ 突變體菌株在富含乳糖條件下的生長情況。結果顯示，野生型菌株的生長速度更快，這表明 lacZYA 操縱子在腸道定植中起著重要作用。lacZYA 操縱子負責乳糖的代謝，野生型菌株能夠更有效地利用乳糖，從而獲得競爭優(yōu)勢。

乳糖代謝促進大腸桿菌8178在小鼠腸道中生長

3.非標準起始密碼子影響 lacZYA 操縱子的活性

研究人員通過構建 lacI ATG 起始密碼子突變體，研究了起始密碼子對 lacZYA 操縱子活性的影響。結果顯示，GTG 起始密碼子導致 LacI 蛋白水平降低，從而降低了 lacZYA 操縱子的抑制水平，使細胞能夠更快地適應乳糖的消耗。這表明非標準起始密碼子可以通過影響蛋白質表達水平來調節(jié)代謝途徑的活性。

4.lacI GTG 起始密碼子賦予大腸桿菌 8178 體內生長優(yōu)勢

實驗表明，野生型大腸桿菌 8178 菌株在富含乳糖的條件下比 lacI ATG 起始密碼子突變體菌株生長得更好。這表明 GTG 起始密碼子賦予菌株在腸道中的競爭優(yōu)勢，使其能夠更好地適應乳糖的消耗。

5.腸道微生物群和飲食成分影響 lacZ 突變體的適應性

研究人員在不同的小鼠模型和飲食條件下，比較了 lacZ 突變體菌株的適應性。結果顯示，在不同條件下，lacZ 突變體菌株的適應性表現出差異，這表明 lacI GTG 起始密碼子的優(yōu)勢是上下依賴性的。例如，在無菌小鼠中，lacZ 突變體菌株的生長劣勢更加明顯，這表明腸道微生物群可能對 lacZYA 操縱子的活性產生影響。此外，不同飲食中乳糖含量的差異也可能影響 lacZ 突變體菌株的適應性。

lacI起始密碼子內的單核苷酸變化會影響大腸桿菌8178在腸道中的適應性

6.非標準起始密碼子在腸桿菌科中具有更廣泛的功能

研究人員分析了腸桿菌科其他屬的碳水化合物代謝調節(jié)基因，發(fā)現這些基因中也存在非標準起始密碼子。例如，cra 和 mlc 基因幾乎全部包含 GTG 起始密碼子，這表明非標準起始密碼子可能在代謝競爭中發(fā)揮更廣泛的作用。這表明非標準起始密碼子可能通過調節(jié)其他代謝途徑的活性，影響細菌的生存競爭力。

代謝調節(jié)起始密碼子在腸桿菌科細菌中的分布

研究總結

該研究結果表明，非標準起始密碼子可以賦予細菌在代謝競爭中的優(yōu)勢，并有助于細菌適應腸道環(huán)境的動態(tài)變化。lacI GTG起始密碼子突變降低了LacI蛋白水平，從而減輕了對lacZYA操縱子的抑制，使大腸桿菌8178菌株能夠更快地適應乳糖消耗。lacI GTG起始密碼子突變對菌株定殖能力的影響取決于微生物組和飲食組成。

參考文獻：

Cherrak Y, Salazar MA, N?pflin N, et al. Non-canonical start codons confer context-dependent advantages in carbohydrate utilization for commensal E. coli in the murine gut.Nat Microbiol.2024;9(10):2696-2709. doi:10.1038/s41564-024-01775-x.

文章標題：Inducing novel endosymbioses by implanting bacteria in fungi

發(fā)表期刊：Nature

合作單位：瑞士蘇黎世聯(lián)邦理工學院

影響因子：50.5

百邁客生物為該研究提供了全基因組測序服務。

該研究將細菌 Mycetohabitans rhizoxinica?植入真菌?Rhizopus microsporus?中，發(fā)現這種細菌能夠在真菌細胞中繁殖并垂直傳遞給后代。通過適應性實驗室進化實驗，研究人員發(fā)現這種人工誘導的內共生關系可以通過正向選擇來提高其穩(wěn)定性和適應性。進化后的真菌產生了與天然宿主相關的代謝產物，證明了通過人工誘導的內共生關系可以將代謝功能轉移到新的宿主中。

1.FluidFM 技術實現細菌注射

使用 FluidFM 技術，在不破壞真菌小孢根霉（R. microsporus）細胞的情況下將細菌植入其中，通過該技術，單次注射可將1-30個細菌注入R. microsporus內，同時可通過實時成像觀察人工誘導的內共生現象的命運。用GFP標記的M. rhizoxinica注射入EH型絲狀真菌，細菌成功在絲狀真菌內定殖并能垂直傳遞（遺傳），表明通過注射方法可以重建自然內共生。

2.人工內共生關系的構建

將大腸桿菌（E. coli）注射入真菌，發(fā)現大腸桿菌雖然能在真菌細胞內生存，但但很快在局部形成高密度菌斑，引發(fā)宿主產生隔離性隔膜，最終未能進入孢子實現垂直傳播，表明真菌能夠識別未適應的細菌入侵者，并引發(fā)防御反應，將細菌物理地控制在分離的菌絲室中，使未感染菌絲能夠正常生長。將GFP標記的M. rhizoxinica植入不能內共生的NH型真菌，產生了一種新型的內共生關系，結果發(fā)現M. rhizoxinica不僅能在其天然宿主EH中穩(wěn)定生長和傳播，在非宿主NH中也能夠以低頻率垂直傳播到下一代孢子中。這表明通過FludiFM技術注射，可以建立新的內共生關系。

3.內共生的適應性進化

為進一步提高人工誘導的NH-根霉生菌內共生體系的遺傳穩(wěn)定性，進行多輪生長和篩選，以施加正向選擇壓力。隨著進化過程的進行，攜帶細菌的孢子的萌發(fā)率逐漸提高，并且攜帶細菌的孢子的比例也顯著增加，而真菌也在適應性進化過程中發(fā)生了基因突變，這些突變可能與內吞作用有關，這與共生關系的穩(wěn)定性和適應性的提高相一致。需要注意的是，由于真菌基因組研究不足，且存在潛在的表觀遺傳效應，這些推測仍需進一步驗證。在適應性進化后的共生關系中，M. rhizoxinica?能在新的宿主菌株 NH 中能夠產生次級代謝產物 WF-1360F，而根霉菌株 NH 能夠將 WF-1360F 轉化為 rhizoxin。這表明，通過誘導內共生可以將新的代謝功能轉移到宿主中。

該研究利用FluidFM技術建立了一種將細菌注入真菌細胞的新方法，并通過對人工誘導的NH-根霉生菌內共生體系進行長期適應性進化實驗，顯著提高了內共生關系的適應性和穩(wěn)定性，同時讓非宿主獲得了內共生菌介導的代謝新能力。這不僅拓展了對真菌與細菌相互作用的理解，也為設計具有特定功能的內共生菌提供了理論基礎。

參考文獻：

Giger, Gabriel H., Ernst, Chantal., Richter, Ingrid., Gassler, Thomas., & Field, Christopher M.. (2024). Inducing novel endosymbioses by implanting bacteria in fungi. Nature.

8月22日，中國藥科大學儲衛(wèi)華團隊以淡水水生動物鯽魚為模型對全氟和多氟烷基物質（PFAS）的神經毒性和菌群紊亂開展了深入研究，研究成果以題為“Neurotoxicity and intestinal microbiota dysbiosis induced by per- and polyfluoroalkyl substances in crucian carp (Carassius auratus)”發(fā)表在Journal of Hazardous Materials上。

該研究以淡水水生動物鯽魚為模型對全氟和多氟烷基物質（PFAS）的神經毒性和菌群紊亂進行研究，發(fā)現PFAS 可能會破壞腸道微生物群的穩(wěn)定性，從而造成不同程度的組織損傷，證明了PFAS對鯽魚有神經毒性，并導致菌群紊亂。研究成果為評估全氟和多氟烷基污染物在水生環(huán)境濃度下的毒性提供了啟示。

中文標題：全氟和多氟烷基物質誘導鯽魚的神經毒性和腸道菌群失調

英文標題：Neurotoxicity and intestinal microbiota dysbiosis induced by per- and?polyfluoroalkyl substances in crucian carp (Carassius auratus)

合作單位：中國藥科大學

發(fā)表期刊：Journal of Hazardous Materials

影響因子：?12.2

研究對象：鯽魚

研究方法：二代微生物多樣性、QPCR檢測

百邁客生物為該研究提供了微生物多樣性測序及部分數據分析服務。

研究背景

水污染和PFAS殘留已成為全球性的環(huán)境問題。暴露于PFAS已被證明會引起毒性作用。然而，在大多數研究中，PFAS暴露濃度很高，導致研究結果低估了實際環(huán)境濃度下的毒性作用。魚是脊椎動物中最大、種類最多的一類。魚類作為胚胎學、神經生物學和環(huán)境生物學研究的實驗模型越來越有用。鯽魚(Carassius auratus)因其口感鮮美、營養(yǎng)價值高而成為人們喜愛的淡水魚，由于適應性強，鯽魚養(yǎng)殖地區(qū)多，分布廣泛，2020年占淡水養(yǎng)殖魚類總產量的8.90%。因此，研究鯽魚對不同污染物的應激反應具有重要意義。該研究主要研究了PFAS對鯽魚神經系統(tǒng)和腸道菌群的毒性，腦和腸道組織病理學變化表明，PFAS加重了對鯉魚腦和腸道組織病理學的影響。

材料與方法

材料：

處理條件：對照組(Con)、全氟辛烷磺酸(PFOS)、全氟辛酸(PFOA)、十一氟己酸(PFHxA)組指標檢測：過氧化氫酶(CAT)、總超氧化物歧化酶(T-SOD)、谷胱甘肽過氧化物酶(GSH-Px)、丙二醛(MDA)、乙酰膽堿酯酶(AChE)

方法：二代微生物多樣性、QPCR檢測

研究結果

1.行為模式及指標檢測分析

研究了三種PFAS對鯽魚行為模式的影響。與對照組相比，PFOA和PFHxA組鯽魚的靜息行為數量顯著減少。PFOA組和PFOS組的上學行為數量也顯著減少，但表面行為和追逐行為的數量在組間無顯著差異。結果表明，PFAS暴露導致鯽魚舒適行為降低，但攻擊行為無明顯變化。

研究了腦組織中抗氧化和氧化應激生物標志物的變化，發(fā)現PFOA處理的魚腦組織中T-SOD活性明顯受到抑制(圖1A)。與Con組相比，PFOS組CAT活性顯著降低(圖1B)， PFHxA和PFOS組GSH-Px活性顯著降低(圖1C)。此外，與Con組相比，PFOA組和PFOS組的MDA水平顯著升高(圖1D)。結果表明，PFAS降低了魚腦的抗氧化能力，造成了氧化損傷。

研究了PFAS對鯽魚腦組織乙酰膽堿酯酶和神經遞質活性的影響。與Con組相比，PFOA和PFOS組腦內乙酰膽堿酯酶活性顯著降低。此外，PFOA、PFHxA和PFOS組多巴胺(DA)水平顯著降低(圖2B)。然而，去甲腎上腺素(NE)水平在實驗魚組之間沒有顯著變化(圖2C)。這些結果表明，PFAS暴露抑制了魚腦中的AChE和神經遞質水平，并影響了整體腦功能。

圖1-PFAS暴露對28 d鯽魚腦組織抗氧化和氧化應激生物標志物的影響

圖2-PFAS暴露28天對鯽魚腦內神經遞質活性的影響

2.組織病理學染色分析

組織病理學染色分析各暴露組腦、腸基本變化。Con組腦組織組織結構正常，包括正常的浦肯野細胞層和分子層(圖3A)。pfas治療組神經周圍明顯空泡化。此外，PFHxA和PFOS組可見廣泛的多灶性脫鞘(圖3B和C)。在PFOA組，充血血管壁透明化，靠近收縮的神經元，神經周圍形成空泡(圖3D)。Con組鯽魚腸黏膜形態(tài)結構完整，腸黏膜上皮細胞細胞核排列緊密整齊，無損傷跡象(圖4A)。在每個pfas處理組中，絨毛膜絨毛的長度顯著減少，并與一定程度的損傷有關。PFHxA和PFOS組觀察到上皮粘膜破裂(圖4B和C)， PFHxA和PFOA組腸絨毛萎縮、空泡化、細胞核紊亂(圖4B和D)。H&E染色結果表明，PFAS暴露對鯽魚腸道和腦組織造成損傷。

圖3-腦H&E染色

圖4-腸形態(tài)H&E染色

3.應激相關基因和促炎細胞因子表達分析

PFOS組與Con組相比，應激相關基因caspase-3的表達顯著升高(圖5A)。同樣，在PFHxA組中，HSP-70的表達顯著增加(圖5B)。此外，促炎細胞因子INF-γ在PFOA和PFHxA組中的表達水平顯著升高(圖5D)，而TNF-α的表達在兩組間無顯著差異(圖5C)。

圖5-腦組織應激相關基因和促炎細胞因子表達

4.腸道菌群分析

與Con組相比，PFHxA和PFOS組細菌群落的Simpson和Shannon指數明顯高于Con組(圖6A和B)，表明細菌物種多樣性有所增加?；贠TU的venn圖分析（圖6C），四組之間重疊OTUs數量相對較少(不超過100個)，各組特有的OTUs相對較多(均超過300個)。圖6D清楚地顯示了Con組與其他三組在微生物群方面的顯著差異，表明PFAS暴露引起了鯽魚腸道微生物群組成的變化。

圖6-PFAS暴露對鯽魚腸道菌群α和β多樣性的影響

在門水平上，與Con組相比，PFHxA、PFOS和PFOA組梭桿菌門的豐度減少，而變形菌門、擬桿菌門、厚壁菌門、Verrucomicrobiota和放線菌門的豐度增加(圖7A)。在屬水平上，與Con組相比，PFHxA、PFOA和PFOA組中Cetobacterium的豐度降低，Bacteroides、unclassified_Erysipelotrichaceae和Gemmobacter的豐度增加(圖7B)。采用基于不同處理的LEfSe進行線性判別分析(LDA)，確定Con組與各PFAS處理組間的種數有統(tǒng)計學差異。如圖7C所示，PFHxA組Verrucomicrobiaceae、Legionellaceae和Legionella豐度顯著增加，PFOS組Cellvibrio豐度顯著增加，PFOA組Enterobacteriaceae和Deefgea豐度顯著增加。這些結果表明，PFAS暴露改變了鯽魚腸道菌群組成，增加了潛在致病菌的數量。

圖7-PFAS暴露對鯽魚腸道菌群組成的影響

根據PICRUSt2，根據特征序列預測整個群落的通路變化，并進行功能基因差異分析。與Con組相比，所有三個PFAS治療組都顯著改善了人類疾病中涉及的細胞過程和信號通路(圖8A)。利用BugBase對表型分類進行預測。與Con組相比，每個PFAS治療組顯著增加了微生物群的潛在致病性(圖8B)。在屬水平上，與Con組相比，各PFAS處理組增加了Luteolibacter的相對豐度，PFOS和PFHxA組增加了Rhodobacter和Legionella的相對豐度，PFOS組增加了decchloromonas和Aeromonas的相對豐度(圖8C)。這些結果表明，PFAS可能導致鯽魚腸道菌群的潛在致病性增加。

圖8-功能基因預測分析

研究總結

該實驗主要研究了PFAS對鯽魚神經系統(tǒng)和腸道菌群的毒性。研究結果表明，環(huán)境相關濃度的PFAS可以引起鯽魚腸道微生物群的破壞，并進一步引起大腦神經化學和行為模式的變化。這些變化可能與大腦的氧化損傷以及應激和炎癥相關基因的表達有關。這些結果為評估PFAS污染物在水生環(huán)境濃度下的毒性提供了見解。

2024年8月21日，北京大學崔一民、安徽醫(yī)科大學王華教授共同通訊在Journal of Hepatology期刊在線發(fā)表題為“Thyroid hormone receptor-beta agonist HSK31679 alleviates MASLD by modulating gut microbial sphingolipids”的研究論文。研究團隊運用宏基因組、單細胞轉錄組和代謝組組學研究了甲狀腺激素受體-β激動劑HSK31679在改善代謝相關脂肪性肝炎（MASH）方面的作用，并探究了腸道菌群在其中扮演的角色。研究發(fā)現，HSK31679能夠有效改善SPF小鼠的MASH，但無菌小鼠則沒有這種效果，說明腸道菌群在HSK31679的治療中起到了關鍵作用。研究還發(fā)現，HSK31679能夠增加腸道擬桿菌thetaiotaomicron的相對豐度，并抑制其萄糖神經酰胺合成酶（GCS）活性，從而減少腸道微生物鞘脂的單糖基化，進而改善肝臟脂肪積累。此外，HSK31679還能夠重塑髓系細胞動態(tài)，使其向抗炎微環(huán)境轉變，從而進一步減輕MASH。

文章標題：Thyroid hormone receptor-beta agonist HSK31679 alleviates MASLD by modulating gut microbial sphingolipids

發(fā)表期刊：Journal of Hepatology

影響因子：26.8

合作單位：北京大學

研究對象：小鼠模型、臨床隊列

研究方法：微生物多樣性測序，宏基因組測序，代謝組檢測

百邁客生物為該研究提供了微生物多樣性測序，宏基因組測序，代謝組檢測服務。

研究背景

甲狀腺激素受體-β (THR-β) 激動劑，如 MGL-3196 和 HSK31679，因其對 THR-β 的選擇性高而被認為是治療 MASH 的新興藥物。MGL-3196在臨床試驗中表現出良好的療效，但其個體臨床療效差異較大，且存在腸道通透性差的問題。HSK31679 是 MGL-3196 的衍生物，其療效和安全性正在進一步研究中。腸道微生物組與宿主的代謝健康密切相關，其組成和功能的改變與 MASH 的發(fā)生發(fā)展密切相關。腸道微生物可以產生多種酶，參與宿主血漿脂質代謝，并可能影響 THR-β 激動劑的活性。該研究旨在探索腸道微生物在 THR-β 激動劑治療 MASH 中的作用，評估 HSK31679 的療效和機制以及為 MASH 的治療提供新的思路和靶點。

材料方法

1.動物實驗

對無菌小鼠和 SPF 小鼠進行高脂飲食誘導的 MASH 模型構建，分別給予 MGL-3196 和 HSK31679 治療，觀察肝脂肪變性程度和肝臟指標變化。

對 SPF 小鼠進行?B. thetaiotaomicron 菌株定殖，觀察 HSK31679 對 MASH 模型的影響。

2.微生物組分析：

對參與者的糞便進行宏基因組測序，分析腸道菌群組成變化。

對參與者的糞便和血清進行脂質組學分析，檢測腸道微生物產生的鞘脂類物質變化。

3.單細胞 RNA 測序：

對18例PBMC樣本進行單細胞轉錄組測序，分析 HSK31679 對免疫細胞的影響。

研究結果

1.HSK31679 在 SPF 小鼠中優(yōu)于 MGL-3196 治療高脂飲食誘導的 MASH

為了研究THR-β激動劑治療 MASH對腸道微生物群的影響，研究者在沒有腸道微生物定群的情況下飼養(yǎng)的C57 BL/6 GF小鼠喂食高脂肪、果糖和膽固醇飲食（MASH飲食）和SPF對照組16周。然后每日給予MGL-3196或HSK 31679 3毫克/kg劑量，口服，持續(xù)8周（圖1A）。如圖1B所示，MGL-3196灌胃對SPF和GF小鼠的體重均沒有明顯影響，而HSK 31679導致SPF小鼠的體重增加具有統(tǒng)計學意義，但GF小鼠沒有。服用MASH飲食然后接受MGL- 243 3196/HSK 31679處理的SPF小鼠表現出肝臟重量明顯下降（p < 0.01;圖1C），HSK31679 組 SPF 小鼠的體重增加、肝臟重量、血清和肝臟甘油三酯和膽固醇水平、血清 ALT、AST 和 GGT 水平以及肝臟脂質變性程度均顯著低于 MGL-3196 組。HSK31679 組 SPF 小鼠的肝臟炎癥和纖維化相關基因表達水平也顯著低于 MGL-3196 組。無菌小鼠模型中，MGL-3196 和 HSK31679 組的 MASH 病理表現相似，表明 HSK31679 的療效依賴于腸道菌群。

圖1-HSK31679在改善MASH飲食誘導的SPF小鼠脂肪性肝炎方面優(yōu)于MGL-3196，但在改善GF小鼠方面則不然

2.HSK31679 治療增加了腸道 B. thetaiotaomicron?的相對豐度

在MASH飲食喂養(yǎng)16周和HSK31679治療8周后，觀察到SPF小鼠富含腸道擬桿菌thetaiotaomicron（B. thetaiotaomicron）（圖1I、J和S2D）。NMDS和PCA分析表明HSK31679重塑了β多樣性譜，而每組腸道微生物群的Shannon和Simpson多樣性指數略有差異（圖S2G和H）。在微生物功能方面，通過KEGG分析富集的7,458條功能途徑。其中22條途徑在HSK31679治療后有所不同，包括參與激活神經鞘脂（SL）代謝的途徑，在HSK31679實驗組中，B. thetaiotaomicron與上調的己糖神經酰胺加工基因密切相關（圖1L）。

為了臨床驗證微生物組組成的這種轉變，研究者收集了40名健康參與者的糞便樣本，這些參與者接受了每周3次的HSK31679多次遞增劑量治療，持續(xù)14天。對參與者的糞便進行宏基因組測序分析，鑒定了代表183個科和119個屬的415種微生物物種。香農和辛普森多樣性指數在兩組中幾乎沒有受到HSK31679治療的影響（圖S3A和B）。相比之下，PCA評分和NMDS均顯示了HSK31679處理14 d后腸道微生物群β多樣性譜的顯著變化。對51個不同的細菌屬進行屬級微生物Spearman相關網絡分析，發(fā)現HSK31679處理后有幾個屬與擬桿菌屬呈正相關（圖S3D）。

隨后通過LEfSe分析探索了HSK31679治療組14天與安慰劑組相比的腸道菌群差異，這進一步揭示了桿菌屬的最大增量（圖2B，C）。值得注意的是，在第14天上升劑量為80mg、120mg、160mg HSK31679后，B. thetaiotaomicron的相對豐度表現出最明顯的逐漸上升（圖2C），并通過qPCR進行了驗證（圖2D），這表明B.thetaiotaomicron可能在HSK31679治療期間發(fā)揮關鍵中介作用。KEGG通路分析富集了20個信號通路的154個功能基因，其中神經酰胺代謝被HSK31679處理激活（圖2E）。這些顯著的成分變化與以前對晚期脂肪性肝炎患者微生物種群負相關的研究一致。

圖2-HSK31679治療在遞增的多劑量隊列中豐富了腸道擬桿菌thetaiotaomicron的豐度

3.HSK31679 治療抑制了?B. thetaiotaomicron?產生的鞘脂類物質的單糖基化過程

基于 B. thetaiotaomicron?的 SLs 可以轉移以調節(jié)肝臟脂肪變性這一認識，隨后研究者試圖確定 HSK31679 314 治療是否已深入調節(jié) SLs 表型。對接受多次遞增劑量 HSK31679 316 和安慰劑治療的參與者的糞便代謝物進行脂質組學分析，發(fā)現?HSK31679 治療顯著降低了腸道 B. thetaiotaomicron?產生的鞘脂類物質（如 Hex1Cer 和 Hex2Cer）的單糖基化程度。

HSK31679 治療組的腸道菌群與鞘脂類物質之間存在顯著的負相關關系，HSK31679 治療的綜合統(tǒng)計相關性分析證實，擬桿菌和普雷沃氏菌與 C16:0 和 C24:1 ?；湹募禾巧窠涻０烦守撓嚓P（圖 3D）。這表明口服 HSK31679 治療可抑制微生物對神經酰胺的單糖基化。

圖3-HSK31679治療損害了微生物鞘脂單葡萄糖基化

4.thetaiotaomicron 的 GCS 活性對 HSK31679 減輕 MASH 的作用至關重要

進一步研究了HSK 31679介導的SLs 單糖基化的潛在機制。通過體外共培養(yǎng)實驗和體內無菌小鼠模型，發(fā)現 HSK31679 治療抑制了 B. thetaiotaomicron?的 GCS 活性。在無菌小鼠模型中，B. thetaiotaomicron?GCS 活性缺失的小鼠對 MGL-3196 和 HSK31679 的療效沒有顯著差異，而 GCS 活性存在的小鼠對 HSK31679 的療效顯著優(yōu)于 MGL-3196。HSK31679 與 B. thetaiotaomicron GCS?的結合結構分析表明，HSK31679 通過空間位阻效應抑制了 GCS 的活性。

圖4-GCS是HSK31679減輕脂肪性肝炎不可或缺的酶

5.HSK31679治療的單細胞圖譜

為了深入了解腸道微生物GCS在所有免疫細胞群中治療HSK31679的獨特免疫作用，研究者使用基于液滴的單細胞平臺（10×Genomics Chromium）進行了單細胞轉錄組測序（scRNA-seq），分析了來自參與者隊列的18個外周血單核細胞（PBMC）樣本，包括3個用安慰劑（GH-PL）治療的糞便來源GCS高活性樣本、3個用160 mg HSK31679（GH-HS）治療的糞便來源GCS高活性樣本，和GCS低活性樣本（GL-HS）分別在第0天和第14天。從GH-PL、GH-HS、GL-HS數據集中獲得的128031個細胞中，共鑒定出57個細胞簇。通過SingleR v.1.0獲得的基于標記的注釋，定義了四種主要的細胞類型：T細胞、自然殺傷細胞（NK）和B細胞、髓系細胞、內皮細胞（EC）和間充質細胞（圖5B）。通過計算觀察到的細胞數與預期細胞數的比值（Ro/e）來量化主要細胞團相對不同的富集情況，發(fā)現髓系細胞團構成了GH-HS的主要改變的細胞成分，B細胞、EC團主導了GL-HS樣本的細胞成分（圖5C、D和圖S8C）。鑒于如上所述，HSK31679治療通過B.thetaiotaomicron的GCS減輕了脂肪性肝炎，在隨后分析GH-HS和GL-HS之間的特定細胞區(qū)室時重點研究了髓系細胞。

圖5-160 mg HSK31679治療隊列的單細胞圖譜

6.HSK31679 治療重塑了髓系細胞的動態(tài)變化，使其趨向于抗炎微環(huán)境

在所有髓系細胞亞群中，樹突狀細胞 (DC) 和巨噬細胞 (Mφ) 構成了主要細胞類型（圖 5B）。通過無監(jiān)督聚類，首先關注 DCs 群體的內在屬性和潛在功能，這些 DCs 群體被確定為減少的 CD8α+DCs（圖 6A、D）。值得注意的是，GH-HS 組中 Tregs 的 IL-12Rβ2 可以與 CD8α+DCs 衍生的 IL-35 相互作用（圖 6B、C）。如先前報道的那樣，可以增強炎癥過程的抑制功能。與GL-HS或GH-PL數據集相比，GH-HS的PBMCs中CD4+Foxp3+Tregs的數量增加（圖6D）。這些Tregs的抑制功能阻斷了IL-35的EBI3亞基的作用（圖6E），導致免疫原性顯著受損。這可能是由于STAT1/STAT3的異常激活和p38 MAPK/NF-κB信號通路的抑制（圖S8D和E）。此外，注意到DC簇的分布與γ-谷氨酰轉移酶（GGT）的表達相關（圖6B），GGT是MASH進展的公認血清生物標志物。在GH-HS的所有DC中（圖6A），GGT+樣本中CD1C+DCs（cDC2）的比例顯著增加，而與GL-HS或GH-PL組相比，DEC205+DCs（cDC1）的比例降低。盡管之前的研究報告了cDCs在促進或抑制脂肪性肝炎中的不確定作用，但結果表明，cDC1和cDC2細胞對HSK31679治療的反應方式相反。

圖6-HSK31679介導的抗炎髓細胞動力學減輕脂肪性肝炎進展

對于巨噬細胞部分，通過無監(jiān)督聚類產生了6個具有不同基因特征的聚類。對兩個富含非經典單核細胞簇的PBMCs進行了表征：MINCLE+Mφ和S1PR2+Mφ。根據常規(guī)表型標記物（TREM2+、MRC1+、CD163+、AGR1+）的高表達，其余簇均被鑒定為巨噬細胞（圖6A）。值得注意的是，巨噬細胞簇MINCLE+Mφ、S1PR2+Mφ和AGR1+Mφ顯示出相對不同的發(fā)展（圖6F、G）。在這些巨噬細胞簇中，AGR1+Mφ和MINCLE+Mφ是GH-HS和GL-HS組中改變的主要亞群，而S1PR2+Mφ在GH-HS組更具特征（圖5C）。然后研究了它們的不同功能狀態(tài)，并觀察到趨化因子（CCL3/15和CXCL10/12/14）在GH-HS中的表達降低，但在GL-HS樣本中沒有，這表明其是由這些Mφ簇募集T細胞的過程。GH-HS樣本的細胞相互作用分析也證實，抗炎巨噬細胞通過CCL3/15-CCR5、CXCL10/11-CXCR5和CXCL12/14-CXCR4信號傳導積極參與T細胞的募集（圖6C和S9B）。在GL-HS組中，MRC1+Mφ表達的CCL15/CXCL10水平升高，AGR1+Mφ高度表達CCL2/CXCL12（圖S9B）；而GH-HS組CCL22簇的優(yōu)勢Mφ從MINCLE+Mφ切換（圖6H和S9D），其AGR1+Mφ上調了RPS27、CDKN1C和KLRF1的表達水平（圖S10B），表明經HSK31679處理的糞便來源GCS+參與者的巨噬細胞發(fā)生了重編程?？偨YHSK31679治療的上述代謝指標，GCS活性和糞便中B.thetaiotaomicron的相對豐度與肝臟ΔTG、ΔTC和ΔGGT水平等呈顯著負相關（圖6I）。這些結果表明，B.thetaiotaomitron介導的免疫抑制的GCS活性可能預測HSK31679治療個體的MASH緩解。

研究總結

該研究描繪了HSK31679通過抑制腸道微生物鞘脂的單糖基化來改善MASH的新圖譜。這項研究為腸道微生物和循環(huán)免疫因素提供了新的見解，這些因素可以作為MASH患者HSK31679治療的預后標志物，以及基于腸道微生物群的MASLD治療的新靶點或策略。對于甲狀腺模擬物的進一步4期上市后研究，應系統(tǒng)地調查大規(guī)模隊列，研究抗菌組合對MASH個體長期結果的影響。

文章亮點

該研究證明了腸道微生物在 THR-β 激動劑治療 MASH 中的重要作用。發(fā)現 HSK31679 通過抑制腸道 B. thetaiotaomicron?產生的鞘脂類物質的單糖基化過程來減輕 MASH。揭示了腸道 GCS 活性可以作為 HSK31679 治療 MASH 的預測生物標志物。發(fā)現 HSK31679 治療重塑了髓系細胞的動態(tài)變化，使其趨向于抗炎微環(huán)境。

參考文獻：

Zhang YH, Xie R, Dai CS, et al. Thyroid hormone receptor-beta agonist HSK31679 alleviates MASLD by modulating gut microbial sphingolipids. J Hepatol.?Published online August 22, 2024. doi:10.1016/j.jhep.2024.08.008

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英文標題：Microalgae simultaneously promote antibiotic removal and antibiotic resistance genes/bacteria attenuation in algal-bacterial granular sludge system

中文標題：微藻促進ABGS中抗生素去除和抗生素抗性基因/細菌衰減

合作單位：南開大學環(huán)境科學與工程學院

期刊名稱：Journal of Hazardous Materials?

影響因子：12.2

百邁客生物為該研究提供了宏基因組測序服務。

研究背景

抗生素在世界范圍內被廣泛用于預防/治療人類和動物疾病，由此不可避免的造成了水體的抗生素污染，而水體微生物受到誘導，會產生一些抗生素抗性基因和抗生素耐藥性，藻-細菌顆粒污泥（ABGS）是在細菌顆粒污泥（BGS）的基礎上發(fā)展起來的藻-細菌顆粒型共生系統(tǒng)，用于含抗生素的廢水處理。

研究方法

宏基因組測序、代謝組檢測、COD、TN、TP、NH₄⁺-N、MLSS、MLVSS

技術路線：

研究結果

耐藥基因ARGs，可移動遺傳元件MGEs以及生物群落結構分析

兩個反應體系的DNA樣本中共檢測到24種ARGs，相對豐度排名前五的是多藥、磺胺嘧啶、四環(huán)素、氨基糖苷和肽ARGs亞型。與第45天相比，第90天添加TC和SDZ 4 mg/L后，TC和SDZ相關ARGs的相對豐度分別增加了116.3 %（R0）和60.2 %（R1）。表明，TC和SDZ混合添加加速了兩種反應器中ARGs的富集，而ABGS中藻類的生長減緩了總ARGs和TC/SDZ相關ARGs的增長率。

此外，一些非TC和SDZ相關的ARGs也被富集，是由于抗生素的共選擇效應，即一些微生物可以編碼存在于同一染色體、質粒、轉座子或整合子中的多個ARGs，而氨基糖苷類和多肽的比例增加更明顯，可能是由于它們對TC和SDZ的選擇壓力更敏感。R0和R1中檢測到的TC/SDZ相關的ARGs亞型總數有26個（(23tets?及 3?suls），其中17個tets和2個suls是共有的，R0和R1中tetX基因含量最高，而sul1在R0和R1中為優(yōu)勢基因，由于tetX基因參與了TC的生物降解和轉移，因此兩種反應體系中TC的高去除效率可以歸因于該基因的顯著富集，sul1明顯的富集可能與intI1介導的水平基因轉移（HGT）過程有關。

與第45天不添加抗生素的情況相比，第90天整合子和ISs的相對豐度分別增加了40.7 %（R0）和18.6 %（R1），與ARGs的變化趨勢一致，IntI1是R0（252.1 ppm）和R1（209.5 ppm）中較豐富的整合子。相關性分析結果表明，R0中17種ARGs和R1中11種ARGs與ISs和整合子呈正相關，總體而言，在相同的抗生素處理條件下，兩種反應體系中TC-和SDZ-相關ARGs和MGEs的相對豐度隨時間的增加而增加，但在R1中比R0中分別降低了56.1 %和22.1 %，一方面是由于藻類的生長可能會改變ABGS中的細菌群落結構，影響ARGs的豐度，另一方面也說明微藻降解抗生素可能降低了抗生素對細菌的選擇壓力。

PCoA分析結果顯示，r0和r1之間在40天時差異最大，說明微藻的生長導致了BGS和ABGS之間的細菌進化的顯著差異。而在添加抗生素后，R0和R1在第65天和第90天的位置較初始有明顯偏移，表明抗生素的選擇壓力改變了BGS和ABGS的細菌群落結構。門水平相對豐度結果顯示，變形菌門、浮霉菌門和擬桿菌門一直是R0和R1的三個優(yōu)勢門，表面其受抗生素影響較小。研究表明，變形菌門和擬桿菌門是好氧廢水處理系統(tǒng)中常見的兩種異養(yǎng)細菌，主要具有去除氮、磷和水解大分子有機物的功能，而變形菌門和浮霉菌門對抗生素具有高度的固有耐藥性，并且與大多數靶ARGs呈正相關，硝化螺旋菌主要富集在r0中，而厚壁菌門主要富集在R1中。添加抗生素后，氯霉在R0和R1中的相對豐度上升，而氯霉可作為可移動遺傳成分轉移的指示物種?？扑降姆治鼋Y果表明，紅桿菌科、異孢菌科和黃單胞菌科是R0和R1的優(yōu)勢菌，表明他們對抗生素具有一定程度的耐藥性，并在維持顆粒狀穩(wěn)定性方面發(fā)揮了重要作用。此外，添加抗生素后，硝化螺菌科、紅環(huán)菌科在R0中豐度下降而在R1中上升，腐螺旋菌科也在R1中富集。據報道，硝化螺菌科、紅環(huán)菌科和腐螺旋菌科與廢水中營養(yǎng)物質的去除密切相關，微藻可能促進其在ABGS中的生長，也表明ABGS中的微藻生長也有利于提高硝化螺旋體科、紅環(huán)科和腐螺旋體科的耐藥性。此外，韋榮氏球菌科主要富集在R0中，韋榮氏球菌科與污水處理廠大量ARGs和intI1呈顯著正相關，這可能是造成R0中ABGS中ARGs水平低于BGS的部分原因。真核生物屬水平相對豐度分析結果顯示，ABGS中斜生四鏈藻和小球藻的持續(xù)生長提高了抗生素和常規(guī)污染的去除效率。

研究結論

本文研究了微藻生長對ABGS中TC和SDZ混合物去除，以及對和ARGs/ARGs宿主衰減的影響。與BGS相比，ABGS不僅能更有效地去除抗生素，而且還能大大減少ARGs/ARGs宿主的生成，網絡分析進一步揭示了宿主細菌與ARGs之間的共現模式，BGS中MGEs和ARGs宿主的相對豐度顯著高于ABGS，本研究結果表明，ABGS是一種更有前途的含抗生素廢水處理生物技術。

參考文獻：

1.Xiaole Yin, et al.”ARGs-OAP v3.0: Antibiotic-Resistance Gene Database Curation and Analysis Pipeline Optimization.”Engineering?27.(2023):234-241.2.Liu Wenhao, et al.”Microalgae simultaneously promote antibiotic removal and antibiotic resistance genes/bacteria attenuation in algal-bacterial granular sludge system.”Journal of Hazardous Materials?438.(2022):129286-129286.

中文標題:?通過牟氏角毛藻和原生細菌對高鹽榨菜廢水進行藻類修復與應用

英文標題:?Phycoremediation and valorization of hypersaline pickled mustard wastewater via?Chaetoceros muelleri?and indigenous bacteria

期刊名稱：Bioresource Technology

合作單位：重慶市農業(yè)科學院

影響因子：11.4

研究對象：高鹽榨菜廢水

研究方法：16s rRNA測序

百邁客生物在該研究中提供了16s rRNA測序服務。

研究背景

榨菜是以芥菜為原料，經多級酸洗、多次鹽溶液浸泡、壓出果皮而制成的腌菜。榨菜生產是中國三峽庫區(qū)的支柱產業(yè)。榨菜生產第一階段產生的廢水占整個產量的50%以上。第一階段的高鹽榨菜廢水(PMW)具有高鹽、高營養(yǎng)物質(有機質、氨氮和磷)和低pH值的特點。高鹽廢水的直接排放會對環(huán)境造成嚴重的破壞。目前處理高鹽廢水的方法主要有物理化學方法，如電滲析膜法和過硫酸鹽活化法，主要用于預處理階段。雖然這些方法可以有效緩解高鹽度對微生物的抑制，但這些方法具有成本高、效率低的特點。因此，尋找一種高效、環(huán)保、可持續(xù)的PMW處理方法具有重要意義。

本研究旨在探討硅藻-細菌聯(lián)合體處理原料PMW的可行性。本研究對微生物群落的生長、光合作用、抗氧化酶活性等變化進行了全面的研究。此外，還對硅藻-細菌聯(lián)合去除營養(yǎng)物的可能機制進行了探討。最后，在半連續(xù)模式下進行了室外中試栽培，以驗證生物修復效果。本研究為硅藻-細菌聯(lián)合體在PMW處理中的應用奠定了基礎。

材料方法

采用16s rRNA測序技術檢測了PMW、MMW0和MMW12的微生物多樣性。（MMW0 、MMW1 2 ：10 % PMW中的微生物菌團，第0天和第12天）

營養(yǎng)分析（TN、TP、NH-N等）、抗氧化酶活性（MDA、SOD、CAT）

研究結果

1.營養(yǎng)物去除

PMW中的氮元素主要以NH₄⁺-N的形式存在。如圖1A和1B所示，5% PMW組的聯(lián)合體對NH₄⁺-N和TN的去除效果最好，其次是10% PMW組。與5% PMW組相比，10% PMW對TN和NH₄⁺-N的去除率分別下降了2%和4%。與10% PMW相比，20% PMW對TN和NH₄⁺-N的去除率分別下降了22%和27% (p < 0.05)。

磷主要用于合成蛋白質、核酸和磷脂。隨著PMW濃度的增加，TP的去除率逐漸降低(圖1C)， 5%、10%和20% PMW組的去除率分別達到99%、96%和79%。其中，5%和10% PMW對總磷的去除率差異不顯著(p > 0.05)， 20% PMW對總磷的去除率顯著低于10% PMW 。

不同組硅藻-細菌聯(lián)合體對COD的去除效率如圖1D所示。隨著初始COD濃度的增加，聯(lián)合體對COD的去除率逐漸降低。5% PMW和10% PMW組的COD去除率分別約為76%和82%，而20% PMW組的COD去除率僅為63%。高濃度的NH₄⁺-N(>100 mg/L)可能會阻礙微藻的生長，降低其生物修復活性，是導致COD去除率下降的主要原因。

結果顯示，經過12天的處理，原生微生物在10%的PMW中分別去除了6%、11%、12%和18%的TN、NH₄⁺-N、總磷和COD(圖1)。這表明，雖然PMW中存在的原生細菌促進了營養(yǎng)物質的去除，但硅藻在處理原料PMW中發(fā)揮了主要作用。根據上述結果和PMW的排放標準，確定了10%的PMW是通過C. muelleri和細菌培養(yǎng)對PMW進行生物修復的最適宜濃度。

圖1-不同濃度PMW條件下NH₄⁺-N (A)、TN (B)、TP (C)和COD (D)濃度的動力學變化

2.光合色素分析、光合效率分析

微藻中的光合色素，如葉綠素a和類胡蘿卜素，通過捕獲光來指導光系統(tǒng)II中的電子傳遞，參與生理代謝的調節(jié)。不同PMW濃度各組葉綠素a含量變化如圖2A所示。10% PMW的葉綠素a含量最高。5% PMW中葉綠素a含量降低可能與養(yǎng)分不足有關。在20%的PMW條件下，培養(yǎng)7天后，藻的顏色逐漸變白，說明C. muelleri不能耐受高于20%的PMW培養(yǎng)基。以上結果進一步證實了10%的PMW是被試組中穆勒梭菌生長的理想濃度。

Fv/Fm檢測可以快速評價微藻對生長環(huán)境的適應性。隨著PMW濃度的增加，在圖2B中，在第12天，10% PMW的Fv/Fm最高(0.658)。與未添加PMW相比，5% PMW、10% PMW和20% PMW的Fv/Fm分別降低了8%、2%和46%。這表明藻類的能量轉化率降低，對微藻的光合作用有一定的抑制作用。在20%的PMW中，Fv/Fm值恢復，表明C. muelleri對不利環(huán)境產生了特異性抗性。Fv/F0可用于確定植物的光合效率和生理狀態(tài)。Fv/F0的下降(圖2C)表明C. muelleri供體側的水分裂復合物崩潰，導致電子傳遞能力下降。有效量子產率(ΦPSII)可以揭示微藻在不同環(huán)境條件下的生理狀態(tài)和PSII的性能。5%、10%和20% PMW組C. muelleri的ΦPSII分別為0.16、0.24和0.06(圖2D)?？傮w而言，10% PMW處理下C. muelleri的光合效率最好，這也有利于PMW處理。

圖2-色素和光合性能的變化第12天(A).時的葉綠素a和類胡蘿卜素含量治療期間Fv/Fm?(B)和Fv/F0?(C)的變化第12天(D).時光合參數（ΦPSII、Qp和NPQ）的變化不同的字母表示差異有顯著性意義（p<0.05）

3.抗氧化酶活性

在正常生長的微藻-細菌聯(lián)合體中，活性氧(ROS)的產生和去除的動態(tài)平衡對維持機體功能起著重要作用。MDA是細胞脂質過氧化和損傷程度的常用指標，是膜脂過氧化的產物之一。抗氧化酶活性的變化如圖3所示。在第12天5%、10%和20% PMW組SOD活性分別為為2.06、2.34和2.73 U/mgprot。CAT活性表現出與SOD活性相似的趨勢。與SOD類似，CAT也是存在于大多數生物體中的一種抗氧化酶。超氧化物歧化酶(SOD)和過氧化氫酶(CAT)活性升高20%，表明PMW組抗氧化酶活性升高。5%、10%和20% PMW中MDA含量分別為1.74、1.76和2.04 nmol/mgprot(圖3)。MDA含量的持續(xù)增加表明高濃度PMW對微藻細胞造成了損傷。來自聯(lián)合體的抗氧化酶活性增加，以應對氧化應激造成的損害

隨著PMW濃度的增加，微藻-細菌聯(lián)合體分泌的ROS和MDA也逐漸增加。這再次證明，與5%和20%的PMW相比，10%的PMW是廢水處理和C. muelleri培養(yǎng)的最佳初始濃度。

圖3-第12天丙二醛、超氧化物歧化酶和過氧化氫酶活性的變化 結果顯示為平均± SD，n = 3。不同的字母表示差異有顯著性意義（p < 0.05）

4.胞外聚合物分析

菌藻共生系統(tǒng)的EPS是硅藻-細菌聯(lián)合體在一定環(huán)境條件下分泌的聚合物，主要由蛋白質和多糖組成。圖4顯示了松散結合EPS (LB-EPS)和緊密結合EPS (TB-EPS)蛋白和多糖含量的變化。試驗前2 d EPS中蛋白質和多糖含量呈上升趨勢。隨著處理的進行，LB-EPS中多糖和蛋白質含量在一定范圍內波動(圖4A和4B)，而TB-EPS中多糖和蛋白質含量在整個培養(yǎng)過程中保持增加的趨勢(圖4C和4D)。這表明硅藻-細菌聯(lián)合體分泌的LB-EPS和TB-EPS在長時間暴露于PMW下的反應是不同的。

在整個培養(yǎng)過程中，EPS各組分的蛋白質含量始終低于多糖含量。TB-EPS的蛋白多糖比(PN/PS比)會影響EPS的疏水性或粘度。TB-EPS的PN/PS比值從第0天的0.47下降到第6天的0.39、0.34和0.31，分別為5%、10%和20% PMW組。處理結束時，20% PMW組的PN/PS比顯著高于5%和10% PMW組(p < 0.05)。PN/PS比值的降低表明PMW不適合C. muelleri等細菌的聚集。20% PMW組蛋白質和多糖總濃度高于5%和10%組。這進一步證明，20% PMW組微藻-細菌聯(lián)合體受到較高的應激時，其分泌的EPS更多。

圖4-不同濃度PMW處理下LB-EPS (A、B)和TB-EPS (C、D)的蛋白質和多糖含量

5.微生物群落的組成

與PMW組和MMW0組相比，MMW12組的OTUs分別降低了13%和31%。這表明PMW中局部細菌與微藻的相互作用導致了物種總數的減少。這可能是由于微藻產生的有機物降低了細菌的活性，導致細菌豐度下降。Chao1和ACE的模式與OUTs相似，進一步證實了上述結論。Simpson指數可以用來估計樣品中細菌的多樣性，Simpson值越小，群落的多樣性越豐富。細菌多樣性最高的是MMW0組，其次是PMW組和MMW12組。由此可以推斷，接種C. muelleri降低了PMW中微生物種類的多樣性。

為了進一步明確細菌在系統(tǒng)中的作用，在門和屬水平上的10個優(yōu)勢分類群如圖5A和5B所示。Proteobacteria豐度在PMW中達到58%，與C. muelleri在MMW12共培養(yǎng)條件下增加到77%。變形桿菌中含有多種促進氮轉化和有機物降解的功能菌株。此外，與PMW相比，MMW12組放線菌和藍藻菌的豐度也有所增加。

在屬水平上，PMW中最占優(yōu)勢的分類群是Halomonas、Malaciobacter和Marinobacter。MMW12培養(yǎng)體系中Marinobacter的豐度最高。Marinobacter是一種反硝化微生物，可以耐受高鹽環(huán)境，促進PMW中NO3—N轉化為N2排放而不產生N2O。在PMW中，Malaciobacter的豐度為10%，這可能是由于長期儲存所致。MMW12體系中Malaciobacter的豐度降至0.024%，說明微藻對病原菌有一定的抑制作用。與PMW相比，PMW中Bradymonadale的豐度從1%增加到8%，而MMW12中Bacteroides的豐度明顯下降。這可能是由于Bradymonadales可以以各種細菌為食，并對Bacteroides表現出高度偏好。據報道，Hoeflea能促進氮轉化和有機物降解。因此，MMW12中Hoeflea豐度的增加可能有利于C. muelleri對養(yǎng)分的利用。C. muelleri增加了有機物降解菌和氮轉化菌的相對豐度。這些細菌可以將大分子有機物降解成容易被C. muelleri利用的物質。

圖5-門(A)和屬(B)水平上功能菌的相對豐度

研究總結

在本研究中，通過C. muelleri和原生細菌的共同處理，成功地實現了高鹽PMW的生物修復。在12 d內，COD、TN、NH₄⁺-N和總磷的去除率分別達到82%、94%、90%和96%。高濃度的PMW可以增加ROS和MDA的分泌，從而抵抗應激環(huán)境。在MMW12中，Halomonas和Marinobacter的相對豐度顯著增加。同時，C. muelleri可以降低MMW12中潛在致病性Malaciobacter的相對豐度。中試規(guī)模驗證也為通過微藻生物技術處理PMW的實際應用提供了參考。

文章標題：Enhancing pollutants removal in hospital wastewater: Comparativeanalysis of PAC coagulation vs. bio-contact oxidation, highlighting theimpact of outdated treatment plants

期刊名稱：Journal of Hazardous Materials

影響因子：13.6

合作單位：中國疾病預防控制中心、中國農業(yè)大學資源與環(huán)境學院

測序技術：宏基因組測序

百邁客生物為該研究提供了宏基因組測序服務。

研究背景

醫(yī)院廢水富含抗生素殘留和抗生素耐藥細菌，被認為是抗生素耐藥基因(ARGs)傳播到環(huán)境中的主要來源。雖然聚合氯化鋁(PAC)混凝去除污染物的有效性已經在各種廢水場景中得到了證明，但它在醫(yī)院廢水(HWW)處理中去除常規(guī)污染物和有害遺傳污染物的具體應用還沒有研究過。

2024年4月17日，中國疾病預防控制中心和中國農業(yè)大學資源與環(huán)境學院在Journal of Hazardous Materials?期刊發(fā)表題為“Enhancing pollutants removal in hospital wastewater: Comparative ?analysis of PAC coagulation vs. bio-contact oxidation, highlighting the impact of outdated treatment plants”研究論文，該研究對三個醫(yī)院污水處理廠(HWTP)，包括PAC混凝-次氯酸鈉消毒工藝(PAC-HWTP)，生物接觸氧化-沉淀-次氯酸鈉工藝(BCO-HWTP)，以及使用過時設備的PAC混凝系統(tǒng)(ODE-PACHWTP)處理的污水是否符合國家排放標準進行了評估。結果表明，PAC-HWTP對抗生素抗性基因、金屬抗性基因、移動基因具有較高的去除效率。

材料方法

1.水樣收集

醫(yī)院污水處理廠進水點和出水點8個時間點，收集了30份水樣（2L/樣）

分為三種處理方式：BCO-HWTP；ODE-PAC-HWTP；ODE-PAC-HWTP；

2.理化指標檢測

測定化學需氧量（COD）、總有機碳（TOC）、pH值、氨氮 (NH3-N)

懸浮物（SS）、殘留鋁（Al）；

3.宏基因組測序與qPCR驗證

水樣宏基因組測序；

qPCR定量：16S rRNA、大腸桿菌生物標志物基因 (uida)、臨床顯著抗生素耐藥性基因 OXA-58 和 MGE tnpA

研究結果

1.理化性質的變化

該研究共同評估了九種常見的理化指標，這些指標在三個污水處理廠的出水點表現出明顯的梯度分布。在這些指標上，ODE-PAC-HWTP 超過了 PAC-HWTP，PAC-HWTP 超過了 BCO-HWTP。BCO-HWTP出水中COD、BOD5、pH、NH3-N、AS、Color、VP、SS等濃度基本符合國家排放標準。PAC-HWTP 出水的 COD、BOD5、pH、NH3-N、AS、顏色、VP 和 SS 水平通常符合國家預處理標準，允許排放到通向市政污水處理廠的下水道中。相反，ODE-PAC-HWTP出水中COD和BOD5的濃度超過國家預處理標準。此外，還對兩個經 PAC 處理的 HWTP 出水中的殘留鋁濃度進行了測試。在 ODE-PAC-HWTP 和 PAC-HWTP 的出水中，檢測到的殘留 Al 濃度分別為 0.86 ± 0.09 mg/L 和 0.32 ± 0.11 mg/L。這些值符合 2002 年環(huán)境保護法制定的鋁廢水排放標準，該標準規(guī)定限值為 5.0 mg/L 。

表1-三個 HWTP 廢水的物理化學參數

2.ARGS、MRGs和MGES的變體

1）ARGs的多樣性和去除效率

研究發(fā)現，三個 HWTP 的進水和出水中總共存在 26 種 ARG 類型的694種 ARG 亞型。在三個污水處理廠的出水中，ARGs 的總相對豐度普遍低于進水。然而，統(tǒng)計分析顯示僅 PAC-HWTP 的數據存在顯著差異（圖2A）。BCO-HWTP、ODE-PAC-HWTP 和 PAC-HWTP 中 ARGs 相對豐度的平均去除效率分別為 16.09%、18.68% 和 45.13%。值得注意的是，PAC-HWTP廢水中ARG的總相對豐度低于BCO-HWTP和ODE-PAC-HWTP。與 BCO-HWTP 和 ODE-PACHWTP 相比，PAC-HWTP 中多種 ARG 類型的相對豐度在出水中低于進水中（圖2A）。這些結果表明，與 BCO-HWTP 和 ODE-PAC-HWTP 相比，PAC-HWTP 在去除 ARG 方面更有效。

在三個 HWTP 的污水中，觀察到 33 種 ARG 的相對豐度顯著下降（圖2B）。春雷霉素抗性蛋白 ksgA、OXA-309、cpxA、adeF 和 abeM 僅在 BCO-HWTP 中表現出顯著降低。MexB 僅在 ODE-PAC-HWTP 中表現出顯著下降。與 BCO-HWTP 和 ODE-PAC-HWTP 相比，PAC-HWTP 中 ARG 的減少量更大。此外，值得注意的是，在所有三個污水處理廠的廢水中，只有多重耐藥基因 emrB 的相對豐度顯著下降。

為了提供更詳細的評估，進行了 qPCR 分析來測量臨床關鍵抗生素抗性基因 OXA 豐度的絕對減少量。在 BCO-HWTP、ODE- 上，減少量被量化為 0.17 log、0.59 log 和 1.68 log。分別為 PAC-HWTP 和 PAC-HWTP。該結果表明不同 HWTP 中 blaOXA-58的減少，其中在 PAC-HWTP 中觀察到的絕對減少量最大。

圖2-(A) 復合熱圖的上半部分為?；鶊D，展示了三個 HWTP 進水和出水處 ARG 總相對豐度、MRG 總相對豐度和 MGE 總相對豐度的變化和統(tǒng)計差異。下半部分展示了了三個 HWTP 進水點和出水點特定 ARG 類型、MRG 類型和 MGE 類型的相對豐度。(B) 使用 Wilcoxon 秩和檢驗確定每個 HWTP 進水和出水中表現出統(tǒng)計變化的 ARG 亞型、MRG 亞型和 MGE 亞型。

2）MRGs的多樣性和去除效率

在三個 HWTP 的進水和出水中鑒定出了來自 17 個 MRG 類型的 194 個 MRG 亞型。在三個 HWTP 的污水中，總 MRG 相對豐度始終低于進水；然而，統(tǒng)計分析表明僅 BCO-HWTP 和 PAC-HWTP 的數據存在顯著差異（圖2A）。BCO-HWTP、ODE-PAC-HWTP和PACHWTP中MRG相對豐度的平均去除效率分別為42.08%、19.92%和57.54%。BCO-HWTP和PAC-HWTP出水中MRG的總相對豐度低于ODE-PAC-HWTP。主要的 MRG 類型包括多金屬、汞 (Hg)、銅 (Cu)、砷 (As)、鋅 (Zn)、銀 (Ag) 和鎳 (Ni)。與 BCO-HWTP 和 ODE-PAC-HWTP 相比，PAC-HWTP 中多種 MRG 類型的相對豐度在出水中低于進水中（圖2A）。在三個 HWTP 的廢水中，觀察到 19 種 MRG 的相對豐度顯著降低。具體來說，BCO-HWTP 中 2 個 MRG 的減少，ODE-PAC-HWTP中 1個 MRG 的減少，PAC-HWTP 中 18 個 MRG 的顯著減少（圖2B）。這些結果表明，與ODEPAC-HWTP 相比，BCO-HWTP 和 PAC-HWTP 能更有效地去除 MRG。

3）MGE的多樣性和去除效率

在三個 HWTP 的進水和出水中總共確定了 164 個 MGE 亞型，屬于 30 種不同的 MGE 類型。值得注意的是，在所有三個 HWTP 的污水中，MGE 的相對豐度始終低于進水。然而，統(tǒng)計分析顯示僅 PAC-HWTP 的數據存在顯著差異（圖2A）。BCO-HWTP、ODE-PAC-HWTP 和 PAC-HWTP 中 MGE 相對豐度的平均去除效率分別為 29.88%、44.40% 和 80.61%。為了進一步證實這些發(fā)現，通過 qPCR 實驗進行研究，重點關注 tnpA 基因的絕對豐度。qPCR 結果證實了 PAC-HWTP 在去除 MGE 方面的優(yōu)越性能，與 BCO-HWTP 的 0.35 log 和 ODE-PAC-HWTP 的 0.51 log 相比，PAC-HWTP 減少了 0.90 log。

4）MRGs基因共定位的ARGs變異

研究了HWW中ARGs和MRGs的豐度之間的關聯(lián)，以確定ARGs共同選擇的相對影響。Mantel測試和Procrstes分析表明，ARG和MRG之間的成分相似性在統(tǒng)計上具有顯著的一致性(圖3a)。在PAC-HWTP和BCO-HWTP出水中，與MRGs基因共處的ARGs的相對豐度低于進水中的ArGs。然而，統(tǒng)計分析表明，只有來自PAC-HWTP的數據存在顯著差異。相反，在ODE-PAC-HWTP的出水中，與MRGs基因共存的ArGs的相對豐度呈現出增加的趨勢(圖3B)。共有9種類型的ARG與65個MRG亞型遺傳共存。共確定了92個不同的ARG-MRG(一對一)遺傳共定位關系(圖3C)。在這些關系中，48個同時在進水和出水中檢測到，30個專門在進水中發(fā)現，14個專門在出水中發(fā)現。與MRG共存的最常見的ARG型是多藥耐藥。HWTP出水中氨基糖苷類、β-內酰胺類、卡蘇霉素、MLS、多藥、多粘菌素和四環(huán)素基因的相對豐度始終低于進水。然而，其他多肽抗生素基因的相對豐度在HWTP的進水和出水中仍然是相當的。只有桿菌素抗性基因在HWTP出水中的相對豐度高于進水。此外，汞(Hg)抗性基因與四環(huán)素抗性基因表現出排他性的遺傳共定位，反過來，四環(huán)素抗性基因也與汞(Hg)抗性基因表現出排他性的遺傳共定位。

圖3-(A)Procrstes分析和Mantel檢驗。(B)三個熱泵的進水和出水中與MRG共存的ARG的相對豐度的差異。(C)顯示MRG和ARG類型同時出現的網絡圖。

3.病原體多樣性評估了三種不同的HWTP對病原體的去除效率。

利用宏基因組分析，我們觀察到病原菌的相對豐度降低，BCO-HWTP的平均效率為54.58%，ODE-PACHWTP的平均效率為15.61%，PAC-HWTP的平均效率為72.17%。在三個污水處理廠中，出水的病原菌相對豐度均低于進水。統(tǒng)計分析表明，只有來自BCOHWTP和PAC-HWTP的數據有顯著差異(圖4A)。PAC-HWTP出水中病原體總相對豐度低于BCO-HWTP和ODE-PAC-HWTP。這表明BCO-HWTP和PAC-HWTP比ODE-PAC-HWTP具有更好的去除效果。為了進一步證實這些發(fā)現，采用定量去qPCR應來評估16個S rRNA基因的絕對豐度的去除情況。觀察到的平均對數減少在BCO-HWTP為0.07，在ODEPAC-HWTP為0.39，在PAC-HWTP為0.87。此外，大腸桿菌生物標記物基因(UidA)的去除效率與這些趨勢一致，分別減少了0.15log、0.42log和0.91log。

在三個熱泵的進水和流出水中總共鑒定出30種病原體(圖4B)。在病原菌總體相對豐度呈下降趨勢的同時，病原微生物個體的相對豐度變化存在差異。在三個熱泵的流出點，某些微生物的相對豐度呈現出不同的趨勢。BCO-HWTP出水中肺炎克雷伯菌的相對豐度低于進水，而ODE-PAC-HWTP和PACHWTP出水中肺炎克雷伯菌的相對豐度變化相對較小。

圖4-(A)三個污水處理廠進水和出水中病原體相對豐度的差異。(B)氣泡圖顯示了進水口和出水口的30種病原體的相對豐富程度。(C)利用相對豐度矩陣評估屬一級的微生物群落與亞型一級的ARG之間的相關性的Procrstes分析和Mantel檢驗。(D)=病原體、ARG和三個熱泵的進水點和流出點之間對應關系的網絡圖。

4.ARGs的病原宿主

進一步研究了ARGs的流行與HWW內屬水平上的微生物群落之間的聯(lián)系。Mantel test和Procrstes分析表明，ARGs和微生物群落之間的組成相似性在統(tǒng)計上具有顯著的一致性(p<0.05，參見圖4C)。圖5D中的網絡圖描述了病原體、流入水、來自三個HWTP的流出物和ARG之間的對應關系。在3個污水處理廠的出水點和進水點，共鑒定出7種攜帶ARG的致病菌。多藥耐藥基因是這些病原體最常攜帶的基因。這些HWTP的進水含有7種不同類型的病原體，并含有14個ARG。相比之下，出水只顯示了三種病原體和六種ARG。值得注意的是，肺炎克雷伯菌存在于所有采樣地點，顯示出最高多樣性的抗藥性基因。

研究總結

該研究通過整合宏基因組測序、qPCR驗證、水理化指標檢測，評估了PAC混凝-次氯酸鈉消毒工藝對常規(guī)污染物和遺傳污染物的去除效果。結表表明處理效果好于生物接觸氧化-次氯酸鈉消毒工藝，但在設備老化的情況下，PAC混凝-次氯酸鈉處理后的BOD5和COD的去除效率超過了污水處理廠出水的國家標準，遺傳污染物的去除效率也有所下降，凸顯了老化設備升級的迫切性。

參考文獻：

Kang Y, Wang J, Li Z. Enhancing pollutants removal in hospital wastewater: Comparative analysis of PAC coagulation vs. bio-contact oxidation, highlighting the impact of outdated treatment plants.?J Hazard Mater. Published online April 17, 2024. doi:10.1016/j.jhazmat.2024.134340