淡水池塘养殖水产品中抗生素抗性基因的污染特征及对人体暴露的贡献评价

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抗生素的残留对于水产养殖系统和消费者人群的不利影响已引起全球的关注。我国是水产品的养殖和消费大国,而长三角地区是其主要的水产养殖区之一。养殖池塘中若长期存在抗生素暴露,会影响养殖环境,诱导抗生素抗性基因(antibiotic resistance genes,ARGs)的产生。已有研究表明,我国长三角地区淡水池塘环境中存在者抗生素的残留,而关于该地区淡水池塘ARGs的研究较少,因此有必要开展对该地区淡水池塘养殖水产品和水中ARGs的残留调查,以评估水产品ARGs的污染特征和同源性。随后以水产品中ARGs为对象分析ARGs的水平和垂直转移因素,以了解水产品中ARGs的迁移扩散规律。最后以水产品残留抗生素和抗性基因为目标污染物,进行了食用水产品对人体ARGs和抗生素暴露的贡献评价。具体工作如下:(1)为评估中国长三角地区淡水池塘水产品中ARGs的污染特征,于2019年在中国长三角地区选取9个淡水养殖池塘,采用高通量q PCR技术分别对水产品肠道和水中的六类33个ARGs以及4个可移动遗传元件(mobile genetic elements,MGEs)进行检测。结果表明六大类ARGs在水产品肠道和水中均有检出,其中磺胺类ARGs是水产品和水中主要的ARGs。(2)在水平转移因素上,通过对水产品肠道中ARGs与MGEs的相对丰度进行皮尔逊相关性分析。结果表明四种MGEs均与3个以上的ARGs存在显著相关性,说明MGEs可能对ARGs的传播发挥重要作用。且ARGs与更多的MGEs存在相关性,ARGs的检出频率越高,即发生水平转移的可能性越大。在垂直转移因素,选出了检出频率大于50%的ARGs、MGEs和门分类下的微生物,并使用三者的相对丰度进行了共相关性分析。结果表明,ARGs中仅sul2与微生物(蓝细菌门)存在显著相关性,表明该细菌可能为sul2的潜在宿主,sul2可以通过蓝细菌门进行垂直转移和富集。但考虑到蓝细菌门并非本研究优势菌群,因而通过垂直转移的作用有限。MGEs中只有int1直接和群落中的细菌表现出显著相关性,由此表明MGEs在水产品肠道中对ARGs传播的促进能力主要体现于int1。(3)人体ARGs暴露贡献表明,不同暴露途径对人体的暴露量有差异。多数情况下,食用水产品的暴露量要高于饮用水和PM2.5,低于蔬菜,食用水产品对人体四环素类(tet M)和氨基糖苷类(str B)ARGs有着较高的暴露贡献率。人体抗生素的暴露贡献风险评估表明,9种目标抗生素在我国长三角地区淡水池塘养殖水产品中均被检出,但其浓度水平显著低于最大残留限量,其中恩诺沙星和磺胺甲恶唑是浓度较高的抗生素。基于尿液中抗生素代谢浓度回推人体抗生素总暴露量,评估水产品消费带来的暴露贡献率。结果表明,食用水产品对人体喹诺酮类和大环内酯类抗生素暴露贡献率较高。对食用淡水池塘养殖水产品对人体ARGs和抗生素暴露贡献对比,结果表明抗生素的暴露风险会比抗性基因的暴露风险低。
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