全天废水样品产生惊喜

寻找抗生素抗性基因的新方法显示出“快照”样品氯化的局限性。

根据莱斯大学的工程师的说法，测试一个简单的废水样本的内容可以揭示它携带的东西，但不能说明整个故事。

他们的新研究表明，在城市污水处理厂采集的24小时内的复合样本可以更准确地表示水中抗生素抗性基因(ARGs)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，虽然二次废水处理显着减少了目标ARG的量，但在某些情况下，通常在处理后期使用的氯消毒剂会对释放回环境中的水产生负面影响。

赖斯乔治·R·布朗工程学院(George R. Brown School of Engineering)的劳伦·斯塔德勒(Lauren Stadler)实验室报告说，复合样品中抗生素抗性RNA的浓度水平比他们在“抓取”中看到的水平高10倍，“抓取”是废水厂流量最少时收集的快照。

Stadler和主要作者Esther Lou和Priyanka Ali都是她实验室的研究生，他们在美国化学学会期刊《环境科学与技术：水》上报告了他们的结果。

这些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率，并且可以将这些基因转移到环境中的其他生物体。

土木与环境工程助理教授斯塔德勒说，这个问题至关重要，因为抗生素耐药性是一个杀手，每年在美国造成约2万人感染，导致8，35多人死亡，他是正在进行的废水分析的先驱，以寻找导致COVID-000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，导致建立了一个新中心，休斯顿废水流行病学，与休斯顿卫生部和休斯顿公共工程合作。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，旨在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，测试人员的要点是，快照可能会导致结果出现意外的偏差。

“我认为，抓住一个废水样本并不能代表一整天的流动情况，这是很直观的，”斯塔德勒说，他也是赖斯国家科学基金会支持的纳米技术启用水处理(NEWT)中心的教员。“由于用水模式，废水流量和负荷在一天中各不相同。虽然我们知道这是真的，但没有人证明抗生素抗性基因在一天中的变化程度。

在这项研究中，赖斯团队在休斯顿地区的一家定期对废水进行消毒的工厂进行了两次24小时的活动，一次在夏季，另一次在冬季，采集了抓取和复合样本。

他们每两个小时从废水处理过程的各个阶段采集一次样本，并在实验室中进行PCR测试，以量化几种临床相关基因，这些基因赋予对氟喹诺酮类，碳青霉烯类，ESBL和粘菌素的抗性，以及称为移动遗传元件(MGE)的1类整合酶基因，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。

他们收集的样品使他们能够确定典型工作日ARG和负载的浓度，基于抓取样品的植物去除率的变化以及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。

研究小组发现，绝大多数ARG去除是由于生物过程而不是化学消毒而发生的。事实上，他们观察到氯化，在处理过的废水排放到环境中之前用作最终消毒剂，可能选择了抗生素抗性生物。

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。这要求Lou和Ali在West University Place市污水处理厂度过几个漫长的轮班。“他们露营了，”斯塔德勒说。“他们摆好了婴儿床，点了外卖。”

如果实时废水监测成为现实，这种承诺就没有必要了。Stadler是赖斯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，而不会在废水系统的不同位置暂停。赖斯大学正在进行的项目是制造细菌传感器，在感应到目标时立即发出电信号，这是<>月《自然》杂志上的一项研究的主题。

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

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