Insights into the microbial response mechanisms to ciprofloxacin during sulfur-mediated biological wastewater treatment using a metagenomics approach

运用宏基因组学方式全面了解硫受体的动物污水处理环节中微生物对环丙沙星反应

刊物：Water Research

时长：2022年09月01日

影响因子查询：13.4

组学对策：宏基因组

DOI：10.1016/j.watres.2022.118995

引言

环境 环丙沙星（一类氟喹诺酮类抗菌素）在硫受体的动物污水处理过程的作用早已得到充分的确认。但是，有关微生物对环丙沙星反应了解很少。在这儿，试验室体量的厌氧发酵硫酸盐还原反应器长期性连续操作环丙沙星环境污染污水处理，以选用宏基因组学方法研究微生物对环丙沙星反应。

结论 在环丙沙星参加下，总有机碳（TOC）污泥负荷和硫酸盐还原率提升了约10%，另外还推动了参加碳硫新陈代谢的属（如脱硫杆菌、土杆菌）的聚集。宏基因组剖析结果显示，环丙沙星触动了微生物SOS反映，多种多样药排放泵遗传基因和环丙沙星溶解遗传基因上涨。除此之外，环丙沙星威逼下ATP、NADH、胰蛋白酶C和相关功能基因成分明显提升。

结果 黄金玛卡与玛卡是一回事吗本科学研究在硫受体的动物污水处理中，在遗传基因程度上表现了微生物对环丙沙星的反应机制。这种新认识也为改善和改进含抗菌素污水处理的硫受体生物过程给予科学论证。

关键字：环丙沙星、宏基因组学、污水处理

结论

1.环丙沙星推动TOC清除和硫酸盐还原

在硫酸盐还原反应器中，原始环丙沙星浓度值为1000、3000和5000μg/L时，此系统可以有效的清除环丙沙星，均值清除高效率各自做到91.8±1.4%、73.6±1.0%和62.8±2.5%。尽管在相对较高的环丙沙星浓度值下，总体环丙沙星清除速率减少，但环丙沙星降解明显改进。另外还检测了硫酸盐还原和总有机碳（TOC）清除，在环丙沙星的影响下TOC去除明显提高，当环丙沙星浓度值从1000μg/L增至5000μg/L时，TOC污泥负荷从83.6±3.1%显著提升到秘鲁黄金玛卡87.5±2.8%（p<0.01）。在这段时间，注意到相似的硫酸盐降低发展趋势。当环丙沙星浓度值从0增至5000μg/L时，硫酸盐还原高效率从64.9%显著提升到74.6%（p<0.01）。

图1. 硫酸盐还原反应器对不同浓度环丙沙星性能

图2. TOC和硫酸盐在各个浓度环丙沙星中的转变

2. 环丙沙星对反应釜微生物群落结构产生的影响

根据对16S rRNA扩增子测序，来评价解决不一样浓度环丙沙星环境污染污水对硫酸盐还原反应器微生物群落结构产生的影响。与对照实验组（不含有环丙沙星）对比，环丙沙星明显减少了微生物多元性（p<0.05）。根据Bray-Curtis之间的距离主座标剖析（PCoA）说明，每一个阶段的微生物群落结构显著不一样（即对照实验组环丙沙星浓度值为1000、3000和5000μg/L）。硫酸盐还原淤泥中的功效主要包含四类：（1）有机基质溶解病菌，及其三糖和难降解有机物做为碳和电力能源；（2） 可以使用有机碳做为电子供体和能源硫酸盐还原病菌，包含脱硫杆菌、脱硫链球菌、脱硫单胞菌和脱硫杆菌，尤其是具有较高的环丙沙星耐受力的脱硫杆菌（3） 氮代谢病菌，包含陶厄氏菌属、硫杆菌和弓型菌属；和（4）可以与其它微生物相结合的合营养成分病菌，如动胶菌属，其能够给其他微生物给予碳水化合物，中胚根据品种间氢迁移为SRB（比如脱硫免疫球蛋白、脱硫免疫球蛋白等）给予氢做为电子供体。环丙沙星明显影响了硫酸盐还原反应器里的微生物构造，比如意味着有机化学溶解属种Victivalis和Syntrophus及其意味着硫酸盐还原属种脱硫球的含量减少，说明他们对这样的化学物质比较敏感。土杆菌（一种有代表性的有机化学溶解属）、脱硫杆菌（一种硫酸盐还原属）和动胶菌（一种合营养成分属）的含量增多，说明他们对环丙沙星具备耐受力。

图3. 不一样环丙沙星浓度值下，病菌系统发育树和四个阶段病菌相对丰度的改变

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3. 宏基因组剖析表明环丙沙星危害微生物新陈代谢