寻找抗生素抗性基因的新方法显示快照样本氯化的局限性

据莱斯大学的工程师称，测试一个简单的废水样本的内容可以揭示很多关于它所携带的东西，但不能说明全部情况。

他们的新研究表明，在城市污水处理厂采集超过24小时的复合样本可以更准确地表示水中抗生素抗性基因(ARG)的水平。根据疾病控制和预防中心(CDC)的数据，抗生素耐药性是全球健康威胁，导致全球数百万人死亡。

在此过程中，研究人员发现，虽然二级废水处理显着减少了目标ARG的数量，但在某些情况下，处理后期经常使用的氯消毒剂会对释放回环境的水产生负面影响。

莱斯大学乔治R布朗工程学院的LaurenStadler实验室报告称，复合样本中的抗生素抗性RNA浓度水平比他们在“抓取”中看到的水平高10倍，这是在流经污水处理厂的流量最低时收集的快照.

Stadler和主要作者EstherLou和PriyankaAli都是她实验室的研究生，他们在ACS环境科学与技术：水杂志上报告了他们的结果。

结果可能会导致更好的废水处理方案，以降低在植物中繁殖的细菌中抗生素抗性基因的流行，并将这些基因转移到环境中的其他生物体中。

这个问题很关键，因为抗生素耐药性是一个杀手，估计每年在美国造成280万人感染，导致超过35,000人死亡，Stadler说，他是土木与环境工程助理教授，也是正在进行的废水分析的先驱寻找导致COVID-19的SARS-CoV-2病毒的迹象。

这些统计数据使其成为赖斯长期努力的重点，这导致与休斯顿卫生部和休斯顿公共工程部建立了新中心休斯顿废水流行病学中心的基础。该中心是疾病预防控制中心今年宣布的两个指定中心之一，用于开发工具并培训其他州和地方卫生部门监测废水传播疾病的科学。

Stadler说，测试人员的收获是快照可能会导致结果出现意外偏差。

Stadler说：“我认为从直觉上抓取一份废水样本并不能代表一整天的流量，”Stadler也是莱斯大学、国家科学基金会支持的纳米技术水处理(NEWT)的教员。)中心。“由于用水模式，废水流量和负荷在一天中变化。虽然我们知道这是真的，但没有人表明抗生素抗性基因在一天中变化的程度。”

在这项研究中，莱斯团队在休斯敦地区一家定期对废水进行消毒的工厂中，在两次24小时的活动中采集了抓取样本和混合样本，一次在夏季，另一次在冬季。

他们每两小时从废水处理过程的不同阶段采集样本，并在实验室进行PCR测试，以量化几个临床相关基因，这些基因赋予对氟喹诺酮、碳青霉烯、ESBL和粘菌素的抗性，以及已知的1类整合子整合酶基因作为移动遗传元件(MGE)，因为它能够在基因组内移动或从一个物种转移到另一个物种。

他们收集的样本使他们能够确定典型工作日内ARG的浓度和负荷、基于抓取样本的植物去除率的变化、二级处理和氯消毒对ARG去除的影响，以及比较抓斗和复合材料的能力。

该团队发现绝大多数ARG去除是由于生物过程而不是化学消毒。事实上，他们观察到，在处理过的废水排放到环境中之前用作最终消毒剂的氯化作用可能已经选择了对抗生素具有抗性的生物体。

由于快照的结果在任何一天都可能有很大差异，因此必须在24小时内以稳定的速度收集它们。这需要Lou和Ali在西城大学广场污水处理厂进行数次长时间轮班。“他们在外面扎营，”施泰德说。“他们铺好婴儿床并叫外卖。”

如果实时废水监测成为现实，就没有必要做出这样的承诺。Stadler是Rice合作开发活细菌传感器的一部分，该传感器可以检测ARG和病原体(包括SARS-CoV-2)的存在，而无需在废水系统内的不同位置暂停。莱斯大学正在进行的项目是构建细菌传感器，该传感器在感应到目标后立即发出电信号，这是11月份《自然》杂志的一项研究的主题。

“活体传感器可以实现连续监测，而不是依赖昂贵的设备来收集需要带回实验室进行分析的复合样本，”她说。“我认为未来是这些活传感器，它们可以放置在废水系统的任何地方，并实时报告他们看到的情况。我们正在努力实现这一目标。”

莱斯本科生KarenLu和PrashantKalvapalle，系统、合成和物理生物学博士研究生。程序，是该研究的共同作者。