《Journal of Cleaner Production》：Effects of torrefaction pretreatment on the composting of tetracycline mycelial residues: Antibiotic resistance
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四环素菌丝残渣（TMR）经200℃热解60分钟预处理可有效降低堆肥过程中抗生素（TC）和抗性基因（ARGs）的残留，使最终产物中与潜在人致病菌共存的ARG相对丰度减少58.9%。研究通过42天好氧堆肥对比发现，热解预处理显著降低初始ARGs含量（减少33.5-74.5%），并抑制ARGs在堆肥环境中的迁移扩散风险，同时保持堆肥热稳定性。热解预处理通过高温灭活ARGs宿主微生物及破坏抗性基因结构，结合堆肥过程中的氧化环境与次生代谢产物作用，实现TC和ARGs的协同降解。该技术为安全利用抗生素生产废渣提供了新路径。
作者：苟恩芳、崔学松、刘慧玲、关静泽、姚杰、戴晓虎
哈尔滨工业大学环境学院，中国哈尔滨 150090
摘要
四环素（TC）及其抗生素抗性基因（ARGs）在四环素菌丝残渣（TMR）中的持久性已成为一个值得关注的问题。研究表明，热解是一种有效的处理方法，可以减少这两种污染物。然而，热解作为堆肥预处理手段在控制抗生素抗性方面的效果尚不明确。因此，本研究比较了原始TMR和经过热解处理的TMR在堆肥过程中TC、ARGs以及微生物群落的动态变化。结果表明，在200.0°C下热解60.0分钟是一种有效的预处理方法，可以提高TMR堆肥的安全性，而不会对其性能产生负面影响。在该条件下热解后的TMR制成的堆肥中未检测到TC；同时，ARGs的相对丰度（RA）在整个过程中保持较低水平。与对照组相比，200.0°C下热解60.0分钟后，堆肥中的ARGs RA降低了10.4%。此外，与潜在人类致病微生物（HPMs）相关的ARGs的RA在最终产品中降低了58.9%。残余ARGs（如rsmA、mexK和vanRO）在堆肥产品中的有限迁移性以及其宿主的非致病表型表明这些ARGs对环境的危害较小。这些ARGs的持久性归因于高温氧化堆肥环境以及次级代谢产物的作用。这些发现表明，热解结合堆肥是一种有前景的策略，有助于减轻抗生素抗性风险并促进TMR的资源再利用。
引言
四环素菌丝残渣（TMR）是在四环素发酵过程中产生的，含有较高的有机质含量（Gong等人，2020a, 2020b）。然而，由于其中残留的四环素（TC）和抗生素抗性基因（ARGs）的存在，TMR中的有机质资源利用率受到限制。TC和ARGs的环境释放会通过选择耐药微生物并将ARGs传播给其他微生物而带来抗性风险（Cheng等人，2019；Gong等人，2020；He等人，2016），这对环境和人类健康构成威胁（Yuan等人，2022）。
堆肥为处理抗生素菌丝残渣（AMR）提供了一种可持续的方法，因为它可以降解大部分残留的抗生素并促进养分的循环利用（Hui等人，2023；Wang等人，2021）。然而，在高初始抗生素浓度下，完全消除抗生素是不可能的（Chen等人，2023b；Wang等人，2022）。此外，由于高浓度的抗生素，堆肥过程中不可避免地会导致ARGs的富集（Cheng等人，2019；Wang等人，2015）。在循环使用堆肥肥料的过程中，低浓度的抗生素和残余ARGs可能导致抗生素在土壤中的积累（He等人，2023；Wang和Yates，2008）。因此，一些研究人员提出了结合预处理技术来提高最终堆肥产品的安全性，包括水热预处理（Gong等人，2020）、干燥预处理（Ren等人，2021）和热活化过硫酸盐预处理（Wang等人，2021）。
在之前的研究中，根据TMR的特性，我们首次提出了一种有效的预处理方法：热解（Gou等人，2024）。热解消除了TMR中超过97.0%的TC，并破坏了其中的ARGs和抗生素抗性微生物（ARMs）（Gou等人，2024）。如果TMR在堆肥前经过热解处理，高TC浓度带来的选择压力和ARGs的传播风险将会降低。同时，热解的温和条件有助于保留有价值的有机质，从而有利于后续的堆肥过程（Gou等人，2024）。然而，热解TMR对堆肥过程中抗生素抗性的影响仍然是一个关键问题。解决这一问题是确保堆肥产品安全应用于土壤的关键。
在这项研究中，使用了在不同条件下热解处理的TMR和原始TMR作为堆肥材料进行了42天的好氧堆肥实验。监测了堆肥系统的物理化学性质和TC含量，以评估堆肥系统的稳定性及TC的动态变化。此外，通过宏基因组测序分析了堆肥产品的抗生素抗性风险：1）分析ARGs的多样性和丰度变化；2）评估ARGs的迁移性和其宿主的致病性。通过分析微生物群落的变化和关键环境因素，探讨了调控ARGs动态的机制。这些发现为结合热解的堆肥方法在安全利用TMR资源方面的可行性提供了证据。
实验材料
实验材料
原始TMR（标记为R）来自一家抗生素发酵制药公司（中国宁夏）。TMR按照之前的操作方法（Gou等人，2024）在200.0°C下分别热解处理30.0分钟、60.0分钟，分别标记为T1、T2和T3（Gou等人，2024）。热解强度通过TMR水溶性有机物的腐殖化指数（HIX0）来表示，该指数基于...
温度和四环素的变化
温度是描述和评估堆肥过程的重要参数（Ma等人，2023）。四个组的温度曲线相似（图1a），表现出初始温度迅速上升至50.0°C以上，随后是一个持续约7天的嗜热阶段，说明达到了卫生要求（Wei等人，2024）。R组和T1组的温度上升速度比T2组和T3组快，这可能是由于它们的TMR中含有更多的易分解化合物（图S2）
结论
本研究通过比较三种不同条件下热解处理的TMR与原始TMR作为对照组，探讨了热解预处理对堆肥过程中抗生素抗性的影响。结果表明，与对照组相比，热解处理显著降低了TC浓度85.4–100.0%，并减少了初始阶段风险基因的丰度——具体而言，ARGs减少了33.5–74.5%，VFGs减少了26.5–82.1%。
作者贡献声明
苟恩芳：撰写 – 原稿撰写、可视化处理、数据验证、数据分析、正式分析。
崔学松：撰写 – 审稿与编辑。
刘慧玲：撰写 – 审稿与编辑、项目监督、方法学研究、资金申请。
关静泽：撰写 – 审稿与编辑。
姚杰：撰写 – 审稿与编辑、项目监督。
戴晓虎：撰写 – 审稿与编辑。
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的财务利益冲突或个人关系可能影响本文的研究结果。
致谢
本文得到了国家自然科学基金（项目编号：52170138）的支持。
