《Applied and Environmental Microbiology》：Acinetobacter spp. with lower susceptibility to quaternary ammonium compounds enriched in microbial communities of frequently used sinks
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为探究消毒频繁的公共场所洗手池排水管生物膜作为微生物及耐药基因环境储库的潜在健康风险，研究人员对不同季节与人流条件下高校建筑洗手池排水管生物膜的微生物群落和耐药基因（ARGs）进行了时空异质性分析。研究发现，尽管日常使用季铵盐化合物（QACs）消毒，排水管中仍存在由Acinetobacter和Moraxella等主导的、富含可移动qac抗性基因的持久生物膜，揭示了非临床环境中抗性基因扩散的潜在路径。
您是否想过，每天被反复擦拭清洁的公共洗手池，其内部排水管可能暗藏一个充满活力的“微生物城市”？这个潮湿、避光且营养丰富的环境，是多种微生物形成生物膜（Biofilm）的理想家园。尽管洗手池表面经过常规消毒，但隐藏在下方的排水管生物膜却能抵御清洁剂的攻击，并可能成为抗生素耐药性基因的储存库和传播温床。特别是在人流量密集的公共和教学建筑中，这种长期暴露于消毒剂选择压力下的微生物群落，其动态变化和健康风险尚未被充分认识。本研究旨在揭示这些环境中洗手池排水管微生物群落的时空变化规律，并探究频繁消毒是否塑造了具有消毒剂耐受性和潜在耐药性的微生物群落。这项研究发表在《Applied and Environmental Microbiology》上。
为了探究这些问题，研究团队在美国马凯特大学选取了两栋建筑年代不同（1960年建与2011年建）的学术楼，每栋楼每层女厕所选取两个洗手池（分别位于入口最近和最远处），共计16个。研究人员在冬季、春季和夏季，分别于人流量低（学校假期）和人流量高（学期内）的时期，采集了洗手池排水管生物膜样本以及自来水样本，总计获得288份生物膜拭子和24份水样。研究采用了16S rRNA基因扩增子测序来分析微生物群落结构，并运用宏基因组学技术对筛选的样本进行深入分析，包括组装宏基因组组装基因组（MAGs）、鉴定抗生素耐药基因（ARGs）和移动遗传元件（MGEs），以及评估季铵盐化合物（QAC）耐受基因（qac基因）的存在与共定位情况。此外，还通过培养实验验证了从生物膜中分离的细菌对苯扎氯铵（BAC）和商用消毒剂Virex Plus的耐受表型。
四属主导洗手池排水管微生物组
研究人员发现，两栋建筑的微生物群落分别由两个优势菌属主导，合计占群落组成的30%。在新建筑EH中，主要是不动杆菌属（Acinetobacter）和Enhydrobacter属（也归类为Moraxella）；而在旧建筑WC中，则主要是鞘氨醇单胞菌属（Sphingomonas）和分枝杆菌属（Mycobacterium）。这种差异可能源于建筑材料和长期消毒历史的不同。夏季的生物多样性显著高于春季和冬季。
单个洗手池排水管、季节性和人流解释了学术楼微生物群落的变异性
统计分析显示，个体洗手池排水管是影响微生物群落变异的最主要因素，解释了高达43%的变异。建筑本身和季节也是显著影响因素。此外，排水管位置、楼层以及人流量的交互作用共同塑造了微生物群落。例如，靠近入口（A位点）的洗手池，其微生物群落与远处的（B位点）存在差异，这可能与使用频率和纸巾分配器的位置有关。不动杆菌的丰度在高人流量时期显著增加。
自来水微生物群落与排水管生物膜群落不同
对自来水样本的分析表明，其微生物群落组成与排水管生物膜显著不同。生物膜中的优势菌属（如不动杆菌、鞘氨醇单胞菌）在水相中丰度很低（<6.5%）。水相的微生物多样性在高人流量时期增加，而生物膜（尤其是A位点）的多样性则在低人流量时期更高。这揭示了水流动力学、消毒剂选择压力与生物膜形成之间的复杂关系。水化学分析（如铜、钠、钙等离子浓度）也显示了两栋建筑之间的差异，这可能影响了不同金属耐受或需求菌属的生长。
不动杆菌与使用模式相关且与微生物多样性呈负相关
进一步分析揭示，不动杆菌（尤其是Acinetobacter parvus）的相对丰度与人流量呈正相关，特别是在靠近入口的A洗手池中。同时，不动杆菌的丰度与微生物多样性（Inverse Simpson指数）呈强烈的负相关，表明其具有在特定条件下（如频繁使用和消毒）占据生态主导地位的能力。
消毒剂耐药基因型与对应表型的证据
宏基因组分析从生物膜样本中获得了7个高质量MAGs，包括A. parvus和分枝杆菌等。共鉴定出29个不同的ARGs，其中4个是qac型基因（qacG, qacL, qacJ, qacE），与降低对季铵盐消毒剂的敏感性有关。值得注意的是，34%至53%的qac基因与携带质粒或病毒序列的contigs共定位，表明这些耐药基因可能通过水平基因转移（HGT）进行传播。培养实验证实，从生物膜中分离的细菌（包括A. parvus）能够在含有高达100 mg/L BAC的培养基上生长，表现出对消毒剂的表型耐受。
潜在的水平基因转移与ARG传播
研究发现在所有样本中均高频检出qacG基因，且其常与质粒基因共定位。qac基因通常位于质粒上，这为耐药基因从环境细菌向人类相关细菌或机会致病菌的转移提供了潜在途径。生物膜环境为耐药菌群的富集和频繁的基因水平转移提供了便利条件。
结论
本研究表明，位置和季节变化显著塑造了洗手池排水管微生物群落的组成。使用模式（人流）介导了抗生素耐药基因（包括qac基因）的流行以及特定细菌类群（尤其是不动杆菌属）的相对丰度。不动杆菌的相对丰度与人流量呈正相关，且与微生物多样性呈负相关，提示环境因素和人类活动共同塑造了该微生物组。
尽管日常使用QAC消毒，但洗手池排水管中仍存在由不动杆菌和Moraxella等主导的、富含可移动qac抗性基因的持久生物膜。这些细菌多属于非发酵革兰氏阴性杆菌，包含一些与临床相关的机会致病菌属。qac基因在质粒上的高流行率，尤其是不动杆菌中，凸显了通过水平基因转移传播耐药基因的潜力，强调了在建筑环境中采取针对性策略以降低风险的必要性。控制洗手池排水管中的细菌是一个重大挑战，因为其形成的生物膜对消毒剂具有高度抗性。在这些环境中频繁使用消毒剂，特别是季铵盐化合物，可能会施加选择压力，有利于携带抗生素耐药基因的细菌存活。这项研究增进了对建筑环境中共用洗手池排水管细菌群落的了解，为未来监测社区稳定性和恢复力提供了基线，对于管理高度消毒环境中的微生物群落、降低潜在健康风险、最终促进更健康的室内环境具有重要意义。
