楊 威

（武漢理工大學(xué)，湖北 430070）

1 研究背景及意義

抗生素是指可以預(yù)防或治療人類和動物細菌感染的抗菌藥物[1]，是20世紀以來醫(yī)學(xué)領(lǐng)域最重要的發(fā)現(xiàn)之一。自從1929年英國細菌學(xué)家弗萊明發(fā)現(xiàn)第一種抗生素（青霉素）[2]以來，科研工作者已開發(fā)出各種天然和合成抗生素，并廣泛用于獸醫(yī)和人類治療，作為水產(chǎn)養(yǎng)殖，畜牧業(yè)和農(nóng)業(yè)的生長促進劑[3-5]。然而，大部分抗生素在使用后不能被人體所完全吸收，主要是以母體及相關(guān)代謝產(chǎn)物的形式排出，最終進入環(huán)境。這些的抗生素因為它們具有較強的水溶性和抗降解性，以及其對環(huán)境和人類健康的潛在影響而受到重點關(guān)注[7，8]。

本文綜合近年來發(fā)表的相關(guān)文獻，對抗生素及抗生素抗性基因在環(huán)境中的污染現(xiàn)狀、檢測技術(shù)、污染控制技術(shù)及治理策略等方面進行綜述研究，并對未來的研究熱點方向和趨勢提出了建議和展望。

2 抗生素及抗性基因污染研究現(xiàn)狀綜述

由于常用抗生素及抗生素殘留物排放到環(huán)境中的問題日益嚴重，抗生素在環(huán)境中的存在和擴散已經(jīng)在細菌中產(chǎn)生了抗生素抗性。尤其是，在市政污水處理廠，抗生素和細菌密度較大，細菌很容易抵抗那些抗生素。這些通過遺傳轉(zhuǎn)化釋放的ARG可以很容易地轉(zhuǎn)移到環(huán)境細菌和病原體，增加了對環(huán)境和人類的風(fēng)險和危害。人類不完全的新陳代謝以及抗生素對污水處理廠的不當(dāng)處置已成為抗生素釋放到環(huán)境中的主要來源。這使細菌有足夠的時間和足夠的接觸，通過改變它們的基因和細胞機制來保護自己，有利于它們的生長和繁殖。

研究發(fā)現(xiàn)，一些抗生素在自然條件下對轉(zhuǎn)化產(chǎn)物的分解或降解具有抗性。低水平抗生素的長期持續(xù)存在可以促進河流基流或地下水中抗生素抗性細菌的增殖，這可能導(dǎo)致嚴重的環(huán)境健康問題?？股啬退幮圆皇且环N新現(xiàn)象，但隨著抗生素和其他如重金屬等污染物排放的增加，近年來ARG的迅速和廣泛增加加速進入環(huán)境。因此，抗生素及其引發(fā)的抗性基因和抗生素抗性細菌等相關(guān)問題已成為環(huán)境科學(xué)的重要主題。

3 抗生素及抗性基因的檢測研究綜述

3.1 抗生素檢測

理化分析檢測是抗生素測試中比較常用的方法，主要有高效液相色譜法（HPLC）、薄層色譜法（TLC）、氣相色譜法（GC）、質(zhì)譜法（MS） 以及聯(lián)用技術(shù)等。此外還有抗生素的微生物檢測法、酶聯(lián)免疫吸附法（ELISA）；目前主流的抗生素檢測技術(shù)為超高效液相色譜質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)。

超高效液相色譜不受樣品揮發(fā)性的限制，廣泛用于高沸點、低熱穩(wěn)定性、高相對分子質(zhì)量的有機物的測定，具有快速分離、效率高和操作自動化等多種優(yōu)點。質(zhì)譜分析靈敏度精確高、測樣速度快、樣品用量少，而且分離和鑒定能同時進行，應(yīng)用廣泛。將色譜質(zhì)譜聯(lián)合起來的超高效液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜法兼具色譜的強分離能以及質(zhì)譜的高靈敏度和極強的定性檢測能力。

3.2 抗性基因檢測

抗性基因檢測技術(shù)，主要有應(yīng)用廣泛的平板培養(yǎng)法（膜過濾法、多管發(fā)酵法、選擇性底物試驗等）；聚合酶鏈式反應(yīng)（PCR反應(yīng)）；熒光定量PCR方法；高通量熒光定量PCR；高通量測序等。在目前的研究中，研究者們利用高通量測序來獲取更為廣泛的遺傳信息，在抗性基因相關(guān)研究中也應(yīng)用廣泛。

4 抗生素及抗性基因的治理策略綜述

4.1 抗生素的去除技術(shù)

目前的水處理控制技術(shù)主要分為以下幾類，常規(guī)技術(shù)處理、臭氧活性炭吸附技術(shù)、高級氧化（基于O3氧化）、光催化氧化、電化學(xué)處理以及膜處理技術(shù)等。

加氯消毒處理是飲用水處理廠或污水處理廠最后一道處理單元，是目前應(yīng)用最為廣泛的一種典型常規(guī)處理技術(shù)[3]?；钚蕴康谋缺砻娣e很大，且具有豐富的孔隙，對有機物的物理吸附能力較強。此外，由于活性炭表面存在的多種官能團能與有機物進一步反應(yīng)，從而增強了對有機物的去除效果[4]?；钚蕴吭谔幚韽S的長期運行，其表面會形成一層生物膜，其附著的微生物對有機物的降解去除也起到了一定作用。O3是一種常用的強氧化劑，在發(fā)生氧化還原反應(yīng)后生成H2O和CO2，因無污染而受到處理水廠的青睞。光催化氧化技術(shù)能徹底破壞有機物結(jié)構(gòu)、加速有機物分解速度，且沒有二次污染。

4.2 抗生素抗性基因的去除技術(shù)

近年來，隨著抗生素的嚴重污染，引發(fā)的抗性基因污染情況愈發(fā)嚴重，研究者們也在不斷探索飲用水廠與污水處理廠中不同去除工藝對抗生素抗性基因的去除效果，希望能通過不同去除工藝的耦合來達到最佳的抗生素抗性基因去除效果。

加氯消毒工藝：在游離性有效氯消毒過程中，只有當(dāng)加氯量較高時才能破壞分解大量DNA。有學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)，劑量較高的加氯消毒工藝對污水的處理后能增加四環(huán)素類抗性細菌的耐藥性。紫外消毒工藝：通過使用紫外光來達到細胞滅活的效果，紫外光的特異專一性使其具有潛在的有效滅活抗性基因的可能。

深度處理工藝：有學(xué)者通過對活性污泥法+氯消毒、氧化溝+紫外消毒等幾種不同處理工藝對抗性基于去除的處理效果分析，發(fā)現(xiàn)對抗性基因去除效果最佳的為膜生物反應(yīng)器。總而言之，隨著飲用水和污水深度處理工藝的應(yīng)用的不斷成熟和完善，其對未來抗生素及抗性基因的污染控制工作的貢獻愈發(fā)顯著。

5 存在問題

5.1 抗生素研究中存在問題

抗生素在水生和陸地環(huán)境中的出現(xiàn)主要是由于在廢水處理廠中應(yīng)用這些化合物的常規(guī)處理方法不成功。這些抗生素促進抗生素抗性微生物的增殖，這可能引起公眾健康問題。因此，找到檢測抗生素及其副產(chǎn)物的多殘留方法至關(guān)重要。液相色譜與質(zhì)譜聯(lián)用，為水中抗生素的分析提供了新的機會。幾個研究小組開發(fā)并有效實施了液相色譜與質(zhì)譜聯(lián)用，用于測定痕量抗生素，這主要歸功于質(zhì)譜的已知優(yōu)勢檢測常規(guī)檢測方法，如紫外線和熒光。

5.2 抗生素抗性基因研究中存在的問題

由于實時熒光定量PCR技術(shù)等相關(guān)檢測技術(shù)自身存在的問題，在進行抗生素抗性基因研究過程中，應(yīng)根據(jù)不同研究目的，對實驗所采取的方案和相應(yīng)參數(shù)進行優(yōu)化調(diào)整。

在用傳統(tǒng)PCR或RTQ-PCR等技術(shù)手段來檢測抗性基因的工作中，模板和引物的設(shè)計與選擇先得尤為關(guān)鍵。根據(jù)其它研究者的總結(jié)，應(yīng)注意以下幾方面：1） 引物序列和探針序列的關(guān)系處理，不保證不發(fā)生重疊的情況下，盡可能靠近；2）引物的退火溫度的控制，需比探針溫度要低10℃左右。另外，利用RTQ-PCR對抗性基因進行定量檢測時，定量方法的選擇需根據(jù)實驗研究需要將絕對定量和相對定量兩種表示方法互相結(jié)合、補充。

6 總結(jié)和展望

由于抗生素及抗性基因引發(fā)的環(huán)境問題受到了人們的廣泛關(guān)注，有關(guān)抗生素及抗性基因的研究成為研究者們重點研究領(lǐng)域，盡管有大量的研究文獻發(fā)表，但研究結(jié)果僅多集中在土壤環(huán)境或食物、水環(huán)境中發(fā)現(xiàn)或檢測到抗生素及抗性基因，有關(guān)其在環(huán)境中的濃度水平分布、污染來源、傳播和擴散機制及控制策略等還需進一步研究。因此，對未來抗生素及抗性基因的研究提出了以下幾點建議：

1）飲用水和污水處理廠是抗生素及抗性基因的主要儲庫，也是控制抗生素及抗性基因的關(guān)鍵。未來的研究應(yīng)集中在多種去除技術(shù)的耦合，來協(xié)同去除抗生素及抗性基因。

2）水處理廠可以對存在于水管中的生物膜施加選擇壓力，并且生物膜中的細菌可以對許多抗生素產(chǎn)生抗性。未來的工作應(yīng)該確定分配線中生物膜的存在，抗生素抗性的選擇壓力的存在以及開發(fā)減少飲用水中ARG的方法。

3）未來的研究需對抗生素及抗性基因的污染進行深入的機理方面的研究，側(cè)重研究基因污染對生態(tài)環(huán)境和人體健康的影響，為控制抗性基因污染提供理論依據(jù)。