抗生素与其相应的抗生素耐药基因（ARGs）从制药厂通过废水处理向环境中迁移和传播，引入了外源性ARGs，从而增加了抗生素耐药的风险。而头孢菌素类抗生素（Ceps）作为使用最广泛、市场规模最大的抗生素之一，耐药问题日益严重。目前，大多数研究工作都集中在废水处理和环境影响上，对从制药源到环境的整个传播链（包括Ceps和CepARGs）的系统研究有限。2024年6月，Chifei Dong团队在Water Research（IF=12.8）上发表了题为“Dynamic migration and risk of cephalosporin antibiotic resistance genes: Move from pharmaceutical plants through wastewater treatment plants to coastal tidal flats sediments”的文章。

在该研究中，选取一家头孢类制药厂，采用UPLC-MS/MS和宏基因组学分析方法，研究头孢类抗生素（Ceps）及其耐药基因（CepARGs）从制药厂经污水处理厂向潮滩沉积物中的传播模式。该文中将“传播链”一词定义为ARGs从其来源（制药厂）通过各种处理阶段（废水处理厂）到最终沉积环境（潮滩）的整个移动和传播过程。揭示Ceps和CepARGs传播的动态特征和风险的潜在波动，从而为CepARG 控制技术和风险预防策略的发展提供新的见解。研究结果显示，从制药厂的生物反应器（PBR）到污水处理厂出水，Ceps的总浓度显著降低了90.32%，而CepARGs的相对丰度显著飙升了172.13%。研究观察到来自PBR的CepARGs可以沿着传播链迁移，占潮滩沉积物中CepARGs组成的60%。微生物在CepARGs的迁移过程中起着至关重要的作用，外排型CepARGs（eff-CepARGs）作为其内在抗性机制，由于存在于多种宿主中而表现出更高的迁移倾向。I类风险CepARGs存在于制药和污水处理阶段，而I类失活介导的头孢菌素抗生素抗性基因（ina-CepARGs）在污水处理过程中被完全去除，不会迁移到环境中。

在传播链中，污水处理系统有效去除了Ceps，但从PBR源头到污水处理厂排放水，CepARGs的相对丰度显著增加。尽管Ceps已完全降解，但CepARGs仍在潮滩沉积物中持续存在。在药物源中鉴定的CepARGs比在下游阶段新鉴定的CepARGs表现出更强的迁移能力，构成了潮滩沉积物中CepARGs的主要成分。高危I类CepARGs在传播链中表现出迁移倾向。CepARGs的迁移动力学因其机制而异。Eff-CepARGs比ina-CepARGs表现出更高的迁移潜力。宿主菌的运输是影响CepARGs迁移的主要因素。本研究揭示了Ceps和CepARGs在实际传播链中的动态迁移特征和潜在风险变化，为CepARGs的缓解、控制和风险预防提供了新的理论依据。

图一 Ceps 和 CepARGs 的分布（a:Ceps总浓度的变化；b:CepARGs 的相对丰度（拷贝/细胞）；c: CepARGs共现维恩图；d:CepARGs检测到的数量和香农指数）。

图二 CepARGs的迁移规律（a.各节点ina-CepARGs和eff-CepARGs数量分布；b.ina-CepARGs和eff-CepARGs相对丰度变化；c.ina-CepARGs与eff-CepARGs丰度比值；d.各阶段传递到末级的CepARGs数量比例）。

图三 CepARGs的宿主追溯分析（a.Procrustes分析eff-CepARGs与属水平的微生物群落组成之间的一致性。在Procrustes分析中，连接两点的线代表不同排序空间中的同一组样本数据，并不直接表示相关性的大小；b.外排和灭活CepARGs的宿主数量；c.OXA-2和mexB基因随宿主迁移而传播）。

DOI号：10.1016/j.watres.2024.121983

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.watres.2024.121983