空气环境中抗生素抗性基因研究进展

毕聪聪，汪庆，曹弘扬，梁海崟，郭绍月

（河北工程大学能源与环境工程学院河北省大气污染成因与影响重点实验室（筹），河北 邯郸 056038）

抗生素有杀死有害菌和促进生长的作用被广泛地应用于制药、农业、养殖业等领域。在抗生素存在的环境背景下，产生抗药性的菌株存活下来，这些菌株多数携带抗生素抗性基因。抗生素抗性基因可通过接合、转化和转导等方式完成从一个细菌到另一个细菌的传播扩散，并且可以垂直传递。抗生素抗性基因的传播扩散使得其在环境中广泛存在。携带抗生素抗性基因的菌株可通过空气、食物和饮用水等媒介进入人体使得人体含有耐药菌，影响人体生命健康。已有多项研究指出，抗生素抗性基因的存在会造成临床上常规抗生素医治无效。此外，“超级细菌”的出现更会加重此局面。

文章重点对抗生素使用量大的典型场所空气环境中抗生素抗性基因进行了综述，了解污水处理厂、养殖场、医院和人类生活功能场所抗生素抗性基因污染特征，为空气污染健康风险评估研究提供依据。

1 空气中抗性基因研究状况

污水处理厂空气环境中携带抗生素抗性基因的菌株普遍存在。高新磊等人的研究指出13个空气样本中erm、sul1、sul2和tetC 4种抗性基因检出率100%[1]。在筛选室和生物反应池可检测到sul2和1类整合酶。此外，相同环境背景下空气中抗性基因的种类不同，其含量也不同。Wang等人指出污泥浓缩机附近机载bla TEM-1的浓度为2.6×104copies/m3，blaOXA-1的浓度为4.8×103copies/m3，blaAmpc的浓度为8.8×102copies/m3[2]。污水处理厂不同介质中抗性基因含量不同，一般来说，污水和污泥介质中抗性基因含量比空气介质高出约2～4个数量级。

养殖场动物集中存在，因此空气环境中可检测到抗生素抗性基因，其中以四环素类抗性基因较为普遍，这与四环素在养殖场的大量使用有关。在鸡饲养场可检测到tetW和tetL抗性基因，在封闭猪场空气环境中也检测到四环素类抗性基因，其中tetG抗性基因分布最为广泛。Hong等人检测到养殖厂封闭式建筑物的空气中有丰富的四环素抗性基因，其浓度高达1.69×106copies/ng·DNA。抗性基因的浓度与抗生素使用量直接相关，此外，其他因素也影响抗性基因浓度[3]。

Wang等人在医院空气环境中检测到19种抗性基因，医院占主导的抗生素抗性基因浓度差别不大，相比其他采样点有最高的均衡性。其中blaTEM-1和blaOXA-1基因浓度达103-105copies/m3，输液室中抗生素抗性基因的总浓度高达9×105copies/m3。临床上可检测到大肠杆菌携带多种抗性基因，其中blaCTX-M基因存在最为普遍。此外，耐甲氧西林金黄色葡萄球菌可检测到4类6种抗生素抗性基因，且检出率高。

2 空气中抗性基因溯源解析研究

了解污水处理厂抗性基因的分布情况，清楚空气环境中抗性基因的来源，有助于有效降低空气中抗性基因的含量。一般来说，污水处理厂进水、出水和污泥中抗性基因含量比空气高出约2～4个数量级，空气中抗性基因可能是污水污泥中的抗性基因通过充氧曝气等作用而来。由于抗性基因的传播，污水厂临近的居民区空气中抗性基因与污水厂空气约处于同一水平，推断污水厂可能是居民区空气环境中抗性基因的来源。曝气、机械搅拌和室内处理设施是空气细菌的主要来源，因此研究污水厂曝气、机械搅拌和室内处理设施单元中抗性基因污染特征更具代表性，研究结果将为污水厂空气中抗生素抗性基因来源提供依据。

养殖场中掺有大量抗生素食料的动物饮食器具、粪便和尿液等，都可能是空气中抗性基因的来源。有研究指出空气环境中抗性基因tetX和tetW的重要来源是养殖场。有关报道指出抗生素抗性基因在粪便中的检出率高于空气中，推断粪便可能是空气中抗性基因的主要来源。舍内空气中抗性基因检测浓度远远高于舍外空气，粪便或舍内可能是舍外空气中抗性基因的来源。除此之外，不同动物对空气中抗性细菌贡献量不同，猪舍大于牛舍，肉鸡舍大于蛋鸡舍（耐四环素和红霉素两种抗性菌浓度），研究结果可为空气中耐四环素和红霉素两种抗性基因的来源提供依据。

医院空调及通风系统是抗性菌的储存库。由于机械系统的循环作用，机械通风和空调系统中的致病性微生物在机械系统和其所作用的室内空间循环，影响室内人体健康。有研究在医院空调过滤网检测到19种抗生素抗性基因，医院空调及通风系统可能是空气中抗性基因的来源。病房内水槽可能是抗性基因的来源，有研究指出水龙头打开时水槽内携带抗性基因铜绿假单胞菌飘散在空气中，洗手时会传播至手。此外，地板、床单和人本身及一些病房内的外部环境也可能是抗性基因来源。已有相关研究指出空气中抗性基因来源是上述介质。

3 抗性基因健康风险评估

临床上与抗生素抗性基因有关的报道越来越普遍。一项疾病中存在的抗生素抗性基因会直接影响到该疾病的治疗方案，弄清疾病中存在的抗性基因种类，临床治疗时避免使用无效抗生素，才能更高效的治愈疾病，避免加重病情或死亡。

临床上与抗性基因有关的报道越来越普遍。相对于外部环境，人体内检测到的抗性基因平均丰度更高。临床上呼吸道和下呼吸道感染与sul2抗性基因存在有关。此外，有研究指出引起细菌性胃肠炎的弯曲杆菌携带18个抗性基因。鲍曼不动杆菌携带blaOXA-23和blaOXA-51抗性基因，对β-内酰胺类、氟喹诺酮类和氨基糖苷类药物有抗性。Bla类抗性基因在呼吸道微生物中流行，副流感嗜血杆菌中可检测到的抗性基因占一半以上是Bla类。病原体弧菌侵入生物体会有不良反应，人体表现为肠炎、菌血症或持续性水样腹泻等症状，病原体弧菌携带抗生素抗性基因，药敏实验证实其对喹诺酮类药物、红霉素和氯霉素等有抗性。由于抗生素的滥用，菌株抗药性增加，对至少2种抗生素具有耐药性，更甚至产生“超级细菌”。

4 研究展望

随着抗生素使用量的增加，空气环境中抗生素抗性基因含量逐年升高。空气介质中抗性基因的存在对生物体生命健康有潜在性危害。本文通过综述污水处理厂、医院和集约化养殖场3个典型场所空气环境中抗性基因和抗性菌的污染现状，对未来抗性基因研究提出几点建议：一是从源头出发，降低空气环境中抗性基因的浓度。制定相关法律法规，约束各行各业抗生素滥用行为，实现抗生素的合理使用；二是对“高风险”环境（污水处理厂、医院、养殖场等）进行实时在线检测，制定出干预抗性基因和抗性菌传播扩散的方案；三是建立空气中抗性基因监测网络，确保及时得到抗性基因的相关研究数据；四是采用先进的抗性基因采集和检测技术，提高采集效率，检测结果为相关部门改善空气质量和预防疾病传播提供可靠依据。