KAUST的研究人员发现，废水处理中的压力源组合可以影响细菌基因转移率。他们的研究结果表明，微滤膜在减少细菌和eDNA浓度、减少基因转移方面比砂滤膜更有效。图片来源:?2023 KAUST;Heno黄

在废水处理和回用过程中，影响超级细菌基因传播的因素是复杂的相互作用。

细菌在废水处理过程中所面临的化学和物理压力因素的结合会影响它们之间的基因转移。但是，KAUST的研究人员发现，虽然压力源的某些组合显著提高了基因转移率，但其他组合却降低了基因转移率。这一发现可以为废水处理再利用的最佳实践设计和管理提供信息。

在全球范围内，许多地区正在考虑将处理过的废水视为潜在的宝贵淡水资源。“作为沙特2030愿景的一部分，水的回用和处理率需要提高，”领导这项研究的洪培英小组的博士生波萨伊娜·加什加里(Bothayna Al-Gashgari)说。“促进安全处理和再利用至关重要，”她说。

细菌对eDNA的自然吸收

细菌可以自然地从周围环境中吸收细胞外DNA (eDNA)，并将其包含的功能基因整合到自己的基因组中。处理后的废水中含有较高浓度的细菌和eDNA。它还可以使细菌暴露于已知能增强eDNA摄取和整合的应激源，包括紫外线、消毒化学副产品和药物。

Al-Gashgari说:“一些研究强调了氯化废水中单个压力源对细菌水平基因转移的潜在影响。”但在真实的废水环境中，多种压力因素并存。她说:“我们的目标是了解这些因素综合起来的影响。”

处理废水以安全再利用可以提供宝贵的淡水资源。图片来源:?2023 KAUST;Heno黄

压力源组合的意外结果

研究人员假设多重压力源会对基因转移率产生叠加效应。令人惊讶的是，一个更加复杂的情况出现了，洪说。

根据它们的作用方式，一些组合在基因转移率方面产生了协同性的大幅增加，一些具有中性效应，而另一些则降低了它。

Al-Gashgari说:“例如，当一种可以增加细菌细胞壁渗透性的压力源(如卡马西平药物)与一种导致DNA损伤的压力源(如太阳照射)依次结合时，这两种压力源具有协同效应。”“我们还确定，如果一种压力源直接与eDNA产生有害的相互作用，比如氯仿，它会阻碍DNA与细菌基因组的整合，并产生拮抗作用。”

Hong说，这种复杂性使得多种压力源的组合效应难以预测，使评估是否会在下游重复使用环境中产生意外后果的能力复杂化。然而，她说，研究结果显示了废水处理的明确结论。

污水处理建议

关键目标应该是将废水中的细菌和eDNA保持在如此低的浓度，从而最大限度地减少基因转移。

Hong说:“我们认为，污水处理设施应该改造微滤膜，而不是砂过滤，因为它们可以将细菌和细胞外DNA去除到无法促进自然转化的水平。”“安装和操作膜微过滤比砂过滤更昂贵，但我们敦促公用事业公司采取这种预防措施。”

参考文献:“化学和物理压力源对通过自然转化的水平基因转移的影响”，作者:Bothayna Al-Gashgari, David Mantilla-Calderon, Tiannyu Wang, Maria de los Angeles Gomez, Fras Baasher, Daniele Daffonchio, tou - meriem Laleg-Kirati和Hong Pei-Ying, 2023年7月13日，Nature Water。DOI: 10.1038 / s44221 - 023 - 00110 - 8