医院污水源生物气溶胶产生特征及ARGs/MGEs季节分布研究

作     者：宋会玲 

作者单位：郑州大学 

学位级别：硕士

导师姓名：李晏;王彦杰

授予年度：2022年

学科分类：083002[工学-环境工程] 0830[工学-环境科学与工程（可授工学、理学、农学学位）] 08[工学] 1010[医学-医学技术（可授医学、理学学位）] 10[医学] 

主      题：医院污水处理 生物气溶胶 肠道病原菌 季节分布 ARGs/MGEs 

摘      要：目的通过对医院污水源生物气溶胶的采集和分析,揭示医院污水源生物气溶胶的产生特征和影响因素,探讨其中大肠杆菌中耐药基因(ARGs)/可移动遗传元件(MGEs)的时间分布现状,为医院污水源生物气溶胶对儿童/妇女院内感染的预防及其治疗用药提供参考依据。方法1.采用安德森八级空气微生物采样器对A医院污水处理中心(AW)、B医院污水处理中心(BW)和市政污水处理厂(C污水厂)的生化池处和周围环境(距生化池100m)中的生物气溶胶进行为期一年四季的采集。2.采用LB琼脂培养基和麦康凯(MAC)培养基分别采集生物气溶胶中的总细菌和肠道病原菌,将培养后的生物气溶胶样本进行菌落计数和冲洗,利用公式计算其浓度,采用SPSS 25.0软件分析组间生物气溶胶的浓度差异。提取生物气溶胶DNA,使用Illumina Novaseq测序平台,进行16S r RNA高通量测序,检测生物气溶胶样本中微生物的多样性,采用典型相关分析分析生物气溶胶的环境影响因素。3.采用MAC培养基、三糖铁(TSI)培养基、16S r RNA分子鉴定对AW、BW和C污水厂四季的生物气溶胶和污水样本中的大肠杆菌进行分离、筛选和分子鉴定。采用K-B药敏纸片法对筛选鉴定出的大肠杆菌进行耐药表型检测,采用PCR扩增技术和凝胶电泳方法对大肠杆菌中ARGs/MGEs基因的分布特征进行检测。结果***和BW不同季节污水处理产生生物气溶胶中的总细菌浓度(35CFU/m～506 CFU/m)和肠道病原菌浓度(0 CFU/m～39 CFU/m)均高于C污水厂(28 CFU/m～165 CFU/m,0 CFU/m～35 CFU/m)。AW、BW和C污水厂的生物气溶胶中细菌附着颗粒物粒径主要集中在3.3μm～9.0μm之间,肠道病原菌附着颗粒物粒径大多集中在3.3μm以下。AW和BW生物气溶胶中肠道病原菌主要为假单胞菌属、肠杆菌科、沙雷氏菌属、泛生菌属、苍白杆菌属、伯克氏菌科、短波单胞菌属、克雷伯氏菌属、单胞菌属和不动杆菌属等。AW和BW生物气溶胶中病原菌种类数多于C污水厂,且病原菌在总细菌中的占比也较C污水厂高。***和BW的生物气溶胶中总细菌和肠道病原菌的浓度均高于周围环境中的浓度。环境条件:温度、湿度、压强、风速、紫外强度、光照与大部分的菌属的存在呈负相关,与少部分的菌属的存在呈正相关。大气主要污染物CO、PM、PM、SO、NO与某些致病菌如大肠杆菌-志贺菌属的存在呈正相关。AW和BW的生物气溶胶在不同季节的产生浓度、粒径分布和菌属组成有差异。气溶胶浓度在夏季最高,冬季和春季最低;附着在可吸入颗粒(0.65μm～3.3μm)上的细菌在春季和秋季的相对含量较高;AW和BW与C污水厂相比,肠道病原菌中的大肠杆菌-志贺菌属在夏季相对含量较高。3.从24份生物气溶胶和污水样本中共筛选分离出23株大肠杆菌,K-B药敏纸片结果显示大肠杆菌主要耐β-内酰胺类(头孢西丁和亚胺培南)和四环素类(四环素)药物,耐药率分别为82.61%、73.91%和60.87%。AW和BW污水中的耐药程度均高于C污水厂,生物气溶胶中的耐药性存在季节差异,AW和BW的生物气溶胶中大肠杆菌秋季、夏季和冬季的耐药程度最高。AW和BW生物气溶胶和污水大肠杆菌中主要的ARGs为β-内酰胺类bla ,喹诺酮类par C和aac(6’)-Ib-cr,磺胺类dhps,四环素类tet O,MGEs主要为int I1和int I3,AW和BW生物气溶胶大肠杆菌中的ARGs含量高于C污水厂且有季节差异,AW和BW生物气溶胶大肠杆菌中ARGs秋季和冬季的相对含量最高,春季较低。结论1.医院污水处理产生的生物气溶胶浓度(251 CFU/m)高于市政污水厂(82CFU/m),生物气溶胶中细菌附着颗粒物的粒径集中分布在3.3μm～9.0μm之间,肠道病原菌附着颗粒物的粒径集中分布在3.3μm以下,检出假单胞菌属、沙雷氏菌属、肠杆菌科、大肠杆菌-志贺菌属等肠道致病菌,这些菌属受到温度、风速、光照、PM2.5、PM10等环境因素和季节因素的影响。2.医院污水及其处理产生的生物气溶胶中大肠杆菌主要含的ARGs为β-内酰胺类、喹诺酮类、磺胺类和四环素类,MGEs为int I1和int I3,并表现出β-内酰胺类和四环素类耐药性,生物气溶胶中ARGs的相对含量受到季节的影响,医院中由ARGs产生的抗生素抗性风险高于市政污水处理厂,且三甲综合医院的风险相对更高,可对院内儿童/妇女造成潜在的疾病风险及抗生素治疗的耐药风险。