科研思路｜EP：高通量qPCR芯片+微生物群落组成谱分析海水养殖废水排放对受体环境抗生素抗性组的影响

论文信息

论文题目：Nutrients, heavy metals and microbial communities co-driven distribution of antibiotic resistance genes in adjacent environment of mariculture

期刊：Environmental Pollution

IF：5.714

发表时间：2017

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本研究采集了我国一个典型养殖区域废水排放沟不同季节的沉积物样品，通过基于16S rRNA的高通量测序分析微生物群落结构的变化，通过商用高通量qPCR芯片测定抗生素抗性组的变化，进而利用生物信息学和统计学分析方法探索海水养殖环境废水受体环境中抗生素抗性组变化的内在原因。

研究背景

在水产养殖中常使用化学药物 (如抗生素、消毒剂和防腐剂等) 来防治病害，清除敌害生物，消毒和抑制污损生物等。

这些投加的抗生素有相当一部分不会被养殖动物吸收而直接扩散到环境中，从而诱导环境中抗生素抗性细菌 (Antibiotic Resistance Bacteria, ARB) 的产生，这些微生物中包括一些能够导致多种人类和动物疾病的致病菌。

同时，抗生素的残留还会提高抗生素抗性基因(Antibiotic Resistance Genes, ARGs)在微生物间发生水平基因转移和遗传重组的频率，从而导致ARGs在水产养殖环境中长期存在和传播。

虽然现在世界各国已经指定了相关的法律法规限制水产养殖中抗生素的使用，但是这并没有从根本上限制水产养殖过程对周围环境ARB和ARGs的影响，在多年未投加抗生素的水产养殖环境中依然能够检测到相当数量的ARGs的存在。

因此，在水产养殖的过程中，除了抗生素的使用和残留，必然存在其它的环境或人为因素影响ARB和ARGs的增殖和传播。

技术路线

本研究从山东省东营市海水养殖区采集养殖区排水沟沉积物，采用高通量实时定量PCR芯片技术同时测定87种ARGs在沉积物中的组成和丰度，探寻水产养殖环境中非抗生素因素对ARGs传播的影响。

研究结果

1、海水养殖活动会导致Deltaproteobacteria、Gammaproteobacteria和Bacteroidetes丰度的提高，同时会是的Alphaproteobacteria、Betaproteobacteria、Firmicutes和Actinobacteria丰度的下降。

2、海水养殖会显著改变废水排放下游区域的微生物群落结构。

3、季节变化是海水养殖区域微生物群落组成变化的主要驱动力，而海水的稀释作用是群落中微生物丰度变化的重要影响因素。

4、黄河口保护区样品中ARGs的检出数目为5种，而养殖区样品中ARGs的检出数目在7-15种不等，相比于对照组ARGs的检出数目均有明显提高，说明海水养殖活动可以增加周围环境中ARGs的多样性。

5、相比于黄河口保护区，海水养殖环境ARGs的丰度有明显的提高，大部分样品中ARGs的丰度提高了100倍左右，说明海水养殖可以提高周围环境中ARGs的丰度。

6、海水养殖环境样品中，ARGs的相对丰度相比于黄河口保护区也有明显提升，大部分样品ARGs的相对丰度提高了10倍左右，也就是说海水养殖可能促进了细菌间ARGs的水平基因转移。

7、无论是ARGs的绝对丰度还是相对丰度均与intI1基因的丰度不存在显著的相关性，说明由整合子介导的水平基因转移在海水养殖环境中ARGs的传播中并不起决定性作用。

8、位于入海口后的样品中大部分ARGs的丰度有明显下降，说明海水对于养殖排放的ARGs有明显的稀释作用。

9、虽然大部分ARGs的丰度在入海口后有所下降，但是个别ARGs的丰度依然很高，说明海水的稀释并不能完全消除养殖所造成的ARGs富集。

10、并没有单一因素能够在ARGs的变化中发挥决定性的作用，说明海水养殖排放导致受体环境中ARGs的富集是一个多因素共同作用的结果。

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