为了调查瑞典斯德哥尔摩地区水传播大肠杆菌（Escherichia spp.）中的抗生素耐药基因（ARGs）、接合质粒和毒力基因，研究人员采集了城市淡水、波罗的海海滩以及一座初级污水处理厂（WWTP）的水样。2022年夏季，利用产超广谱β-内酰胺酶（ESBL）选择性培养基和非选择性培养基共分离出68株菌株，其中40株来自废水，28株来自淡水或半咸水。研究人员通过表型抗生素敏感性测试、接合试验和全基因组测序（WGS）对这些菌株进行了表征。结果显示，废水中分离株的ESBL基因流行率显著高于淡水分离株（p?<?0.0001）。共有16株菌株转移了编码对头孢他啶、四环素、链霉素和甲氧苄啶耐药性的接合质粒。ESBL基因（包括blaCTX-M-15）位于IncF、IncN、IncB/O/K/Z和IncI质粒上。这些发现确定污水处理厂是多药耐药（MDR）和致病性大肠杆菌的主要来源，凸显了其在环境传播中的作用。

《npj Antimicrobials and Resistance》：Antimicrobial resistance, conjugative plasmids and pathogenicity in wastewater and freshwater Escherichia spp. in Stockholm, Sweden

　　

为了调查瑞典斯德哥尔摩地区水传播大肠杆菌（Escherichia spp.）中的抗生素耐药基因（ARGs）、接合质粒和毒力基因，研究人员采集了城市淡水、波罗的海海滩以及一座初级污水处理厂（WWTP）的水样。2022年夏季，利用产超广谱β-内酰胺酶（ESBL）选择性培养基和非选择性培养基共分离出68株菌株，其中40株来自废水，28株来自淡水或半咸水。研究人员通过表型抗生素敏感性测试、接合试验和全基因组测序（WGS）对这些菌株进行了表征。研究人员量化了抗生素残留量，发现污水处理厂进水和出水中的浓度高于自然水源。总体而言，28株分离株（41.17%）呈表型多药耐药（MDR），18株（26.47%）携带≥3种ARGs。废水中分离株的ESBL基因流行率显著高于淡水分离株（p?<?0.0001）。分离株代表了多样的多位点序列分型（MLST），大多数携带≥1个质粒。16株菌株转移了编码对头孢他啶、四环素、链霉素和甲氧苄啶耐药性的接合质粒。ESBL基因（包括blaCTX-M-15）位于IncF、IncN、IncB/O/K/Z和IncI质粒上，其中IncF质粒的转移频率低于IncN和IncI1接合质粒。这些发现确定污水处理厂是多药耐药（MDR）和致病性大肠杆菌的主要来源，凸显了其在环境传播中的作用。

论文标题：瑞典斯德哥尔摩废水和淡水大肠杆菌的抗菌素耐药性、接合质粒及致病性

研究背景

抗菌素耐药性（AMR）已成为全球性的健康威胁，而不安全的水源和不充分的污水处理是导致耐药菌传播的重要途径。大肠杆菌（Escherichia coli）作为粪便污染的指示生物，同时也是重要的机会性病原体，常被用于评估水环境中的抗生素耐药基因（ARGs）和毒力基因的传播风险。尽管已知医院污水和污水处理厂（WWTP）是ARGs的“热点”区域，但对于斯德哥尔摩地区不同水体（包括废水和自然环境）中大肠杆菌的系统比较研究尚不充分。为此，研究人员开展了此项研究，旨在揭示斯德哥尔摩地区废水和自然水体中大肠杆菌的耐药谱、质粒特征及致病潜力，相关成果发表在《npj Antimicrobials and Resistance》期刊上。

关键技术方法

研究人员于2022年夏季采集了斯德哥尔摩城市淡水、半咸水及污水处理厂（WWTP）的进水和出水样本。通过ESBL选择性培养基和非选择性培养基分离出68株大肠杆菌属菌株。研究采用了超高效液相色谱-串联质谱法（UHPLC-MS/MS）检测水样中的抗生素残留；利用圆盘扩散法进行表型抗生素敏感性测试；通过全基因组测序（WGS）分析菌株的多位点序列分型（MLST）、ARGs、质粒不相容群（Inc groups）及毒力基因；并设计了接合试验测定携带ARGs的接合质粒的转移频率（TF）。

研究结果

1. 基因组分析揭示斯德哥尔摩WWTP与自然水体中存在多样的埃希氏菌属

通过对68株分离株的MLST分析，研究人员发现WWTP和天然水体中的菌株属于完全不同的ST型，表明不同环境可能存在菌株特异性适应。WWTP分离株归属于24种不同的ST型，其中ST607和ST38最为常见，并发现了3株临床相关的ST131菌株。相比之下，淡水/半咸水分离株归属于11种ST型，主要为ST351和ST13281，其中6株被鉴定为马莫特埃希氏菌（Escherichia marmotae）。质粒分析显示，大多数分离株携带多种质粒，包括IncF、IncN、IncI等类型。

2. WWTP进出口样本比斯德哥尔摩自然水体 harbored 更高流行率的ESBL大肠杆菌

表型分析显示，41.17%的分离株为多药耐药（MDR）。WWTP来源的分离株中，52.5%呈MDR表型，且55%为ESBL携带者，这一比例显著高于自然水体（p?<?0.0001）。WWTP菌株中最主要的ESBL基因为bla_CTX-M-15，常与qnrS1共同存在。值得注意的是，三株ST131菌株均携带极高数量的ARGs（≥9个），显示出高度的耐药特征。相比之下，自然水体分离株虽有一定比例的MDR，但未检测到ESBL基因。

3. 斯德哥尔摩自然水体与WWTP中的抗生素残留水平

抗生素残留检测显示，WWTP进水和出水中的抗生素浓度（最高达0.25?μg/L）远高于自然水体。在亨利克斯达尔（Henriksdal）WWTP的出水中，环丙沙星（CIP）的浓度超过了预测的无效应浓度（PNECs），这可能构成了驱动耐药性选择的压力。

4. 携带ARGs的接合质粒转移频率为10^?2至10^?7

接合试验表明，41.03%的供体菌株能将质粒转移至受体菌株CV601。IncN质粒表现出最高的转移频率（TF范围为10^?2–10^?4），显著高于IncF质粒（10^?5–10^?7）。研究发现，当菌株同时携带IncN和IncF质粒时，IncN质粒在接合过程中具有优先权并被优先转移。此外，部分ST38菌株的耐药基因位于染色体上，未能发生接合转移。

5. 在WWTP和自然水体中检测到致病性大肠杆菌

毒力基因分析显示，部分分离株携带特定致病变种的相关基因。WWTP分离株中鉴定出了肠聚集性大肠杆菌（EAEC）、肠外致病性大肠杆菌（ExPEC）和肠毒素性大肠杆菌（ETEC）的相关标记，其中一株被确认为ETEC，这是瑞典废水中的首例报道。自然水体中的分离株虽然也携带ExPEC和尿路致病性大肠杆菌（UPEC）相关的毒力因子，但总体毒力基因数量少于废水菌株。此外，超过半数（52.94%）的分离株携带增加血清存活率蛋白（iss）基因。

结论与讨论

本研究通过对斯德哥尔摩地区水环境大肠杆菌的系统分析，证实了污水处理厂不仅是MDR大肠杆菌的储存库，也是耐药基因与环境之间交换的关键节点。研究发现，WWTP中的高浓度抗生素残留与高频率的耐药质粒转移（特别是IncN和IncI型质粒）密切相关，这促进了ARGs在环境中的传播。尽管自然水体中的ESBL阳性率较低，但检出的致病性大肠杆菌及其毒力因子仍对公众健康构成潜在风险。该研究强调了需要对WWTP出水及其周边环境进行整合监测，以评估耐药菌和病原菌从环境回流至人群的风险，并为制定环境抗生素监管限值提供了科学依据。