海洋环境科学

海洋环境中细菌耐药性研究进展 

来源:海洋环境科学 【在线投稿】 栏目:期刊导读 时间:2020-11-06

目前致病菌耐药性的增加和扩散已经成为全球公共安全问题。近年来,由于抗生素的滥用加速了细菌耐药性在自然环境中的传播扩散。这些耐药微生物可通过直接或者间接接触(如食物链)等途径进入人体,进而危及公共健康。根据欧洲疾病预防与控制中心以及欧洲药监局的统计数据,每年大约有欧洲人(5.1/居民)死于耐药性细菌感染[1]。美国疾病预防与控制中心2013年统计报道,美国每年至少有两百万人感染各种耐药性细菌,其中耐药性细菌感染直接导致的死亡人数超过人[2]。为积极应对细菌耐药带来的挑战,维护人民群众身体健康,2016年国家卫生计生委等14个部门联合制定了《遏制细菌耐药国家行动计划(2016—2020年)》[3]。

海洋占地球总面积的70.8%,是一个具有多层次耦合的自然系统。与大陆环境相比海洋环境有着明显的特点。首先海洋中存在着水-汽-冰三态转化的复杂过程,其次海水在包括波浪、潮汐和海流等水文动力下不停运动着。而这些特点都会直接或间接影响海洋环境中的微生物生境进而影响细菌耐药性的传播扩散。研究表明海洋环境已成为携带抗生素抗性基因(ARGs)的微生物传播扩散的重要媒介之一[4-6]。本文系统阐述了海洋环境中细菌耐药性的产生原因、流行现状及传播途径,并提出了今后的研究重点。

1 海洋环境中细菌耐药性产生原因

抗生素在海洋环境中可能发生水解、光解和生物降解等一系列降解反应[7]。然而不同抗生素在海水环境中残留时间长短不一,部分抗生素进入水体后降解缓慢(如土霉素,即使在低浓度下也能存在很长时间[8]),在水体中能较长时间地维持一定浓度,细菌在药物选择压力下就产生了耐药性[9]。因此海洋环境就成为细菌耐药性传播扩散的理想场所。除了天然存在于原始环境的细菌耐药性和抗生素抗性基因[10],海洋环境中有3种可能的途径会导致细菌耐药性发生:第一种途径是陆源耐药性细菌随着河流径流入海;第二种途径是人类活动使用的抗生素随地表径流入海,海洋细菌在其长期选择压力下产生抗性;第三种是对海洋土著生物分泌的活性代谢产物产生的抗性。

抗生素污染源可直接或间接进入海洋环境,海洋环境中的抗生素来源主要有3种:一种是工业、城市生活废水中的残留抗生素直接流入海水水体或经地下水间接污染海水水域。城市的污水处理系统并不能完全去除废水中的残留抗生素,某些抗生素在污水处理过程中无法被有效地去除,去除效率一般为60%~90%[11];第二种是来源于水产养殖业抗生素药物的滥用。抗生素被大量用于水产经济动物疾病的预防和治疗,或以饲料添加剂的形式用来改善饲料转化率促进动物的生长。有研究证明由于大部分的抗生素很难被动物吸收利用,因此大约有30%~75%的抗生素以母体化合物形式随粪便和尿液排出体外[12],这些抗生素返回到环境中,对公众健康构成潜在威胁[13-14]。因此直接加到水体用于治疗或预防病害的、未被水产养殖生物吸收的和随粪便排泄的抗生素可能聚积于水体及底泥沉积物中造成污染[15]; 另一种是来源于临床医疗机构的废水排放。抗生素作为治疗用药在临床上得到广泛应用且使用量巨大。抗生素使用后,少部分经过机体新陈代谢而被吸收或代谢,但大部分以原形或活性代谢物形式随粪便、尿液排出体外[16],最终通过生活污水、医院废水、药企废水及废弃物等途径进入环境[17]。例如,Szekeres等[18]发现与磺酰胺类抗生素有关的磺胺I类抗生素抗性基因(sul1)和磺胺II类抗生素抗性基因(sul2)存在于罗马尼亚研究场所的医院废水中。

2 海洋环境中细菌耐药性流行现状

近年来,细菌耐药性研究重点逐渐由土壤、养殖场、临床环境和污水处理系统中转移到河口及海洋环境中。目前大部分海洋环境中细菌耐药性的研究集中在可培养细菌的耐药性分布状况、抗生素抗性基因及其丰度检测方面。蒋魁等[19]对来自于2012—2014年南海海水养殖鱼类中分离到的病原菌哈维弧菌进行细菌耐药性检测发现,在广东、海南和广西地区养殖鱼类中所分离到的哈维弧菌耐药谱具有复杂多样性特征,随着时间年份的递增,哈维弧菌耐药谱种类也发生着变化,耐药谱不断扩大延伸。海滩娱乐水域耐药性问题也是人们关注的焦点,如海口假日海滩浴场、三亚大东海浴场中分离到的革兰阴性菌耐药性检出较为普遍,耐药菌的构成比达到了45.0%[20]。王玥等[21]对大连星海浴场近岸海水中分离得到的41株大肠埃希菌进行药敏试验,结果显示大肠埃希菌的多重耐药率达到34%,表明大连星海浴场海水中大肠埃希菌多重耐药状况严重。马来西亚马塘红树林河口中分离到的耐药性大肠埃希菌对氨基糖苷类和β-内酰胺类抗生素的耐药率达到83%和37%[22]。此外,研究发现马来西亚半岛近岸海洋环境中耐药细菌的流行率很高[23]。如分离自马来西亚北部半岛近岸海水和沉积物样品中的气单胞菌和弧菌均表现出对至少5种抗生素的耐药性[24]。马来西亚近岸海水中分离得到的耐药性弧菌的多重耐药率为68%[25-27]。不仅河口和近岸海洋环境中的细菌耐药性流行率很高,马来西亚海产品中分离得到的弧菌对各种抗生素也均具有耐药性[23]。在可供游客参观游览且被列为自然保护区的无人居住岛屿Berlenga的近岸海水中也已分离到多重耐药性大肠埃希菌且多重耐药率达到39%[28]。

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