饮用水环境中抗生素耐药基因的消除方法
什么是ARGs？
抗生素耐药基因（ ARGs）是能够对抗生素药物产生耐药性的基因片段，其存在是细菌产生耐药性的根本原因。ARGs可以通过噬菌体、游离ARGs片段和质粒等方式在细菌间进行水平基因转移，即使宿主细菌死亡，ARGs片段或者含有ARGs片段的质粒也会长期存在于环境中。ARGs的扩散会导致抗生素耐药细菌的大量出现，致使临床上抗生素疗效下降，ARGs甚至可促使超级细菌的出现，导致细菌感染的治疗更加棘手。据报道，全世界每年约有70万人死于耐药细菌引起的感染，预计到2050年，这一数字可能会增长至1 000万。因此，世界卫生组织已将ARGs列为21世纪威胁人类健康的重大挑战之一。作为一种新型污染物，ARGs已成为全球环境污染防治的热点问题。
饮用水环境中的消除方法
随着检测技术的进步，ARGs检出率和检出种类也不断增加，对于ARGs的防控提出了更大的挑战。目前，饮用水环境中的ARGs消除方法主要采用絮凝、氯消毒、紫外线消毒等技术。这些技术从很大程度上降低了ARGs的污染和扩散，但是无法从根本上解决ARGs的危害。新型消除方法的创新和发展为ARGs的防控提出了新的思路，如新型消毒剂去除技术、新型材料去除技术等，在防控饮用水环境中的ARGs方面具有非常重要的应用前景。
本文总结了饮用水环境中ARGs的消除方法，并对ARGs未来的研究重点和方向提出了建议和展望，为ARGs的有效防控方法提供技术支持。
新兴的ARGs消除方法
※ 紫外线/过氧乙酸处理（UV/PAA）是一种很有前景的ARGs消除方法。
研究发现UV/PAA处理系统可有效消除四环素类ARGs，其中以碳为中心的自由基发挥了重要作用。UV/PAA处理系统通过从源头控制ARGs增殖，并在处理过程结束时最大程度地减少其释放，为饮用水中ARGs的消除提供了一种有前景的解决方案。生物炭作为绿色吸附剂，是对抗ARGs污染的有效方法之一，但传统的生物炭吸附能力弱且回收困难，会导致二次污染并提高解决方案的成本，而改性生物炭由于吸附能力增强，在未来的潜在用途是巨大的。Shao等探讨了生物炭在不同环境下调控ARGs的机制和作用，也呼吁未来应更加重视提高改性生物炭消除ARGs的有效性。Du等研究了生物炭和改性生物炭在水环境中处理ARGs的作用和机理，比较了其消除ARGs的效果，发现改性生物炭对多种ARGs的消除效果明显高于传统生物炭。
※ 高级氧化技术（如自芬顿、光催化、电催化等）成为消除ARGs的有效“武器”。
在高级氧化技术过程中，从分子水平研究和调控催化活性位点，研究催化剂与ARGs之间的吸附和表面氧化反应，可以实现对ARGs的消除。Yu等构建了一种基于还原氧化石墨烯/超分子卟啉光催化剂的光催化自芬顿系统，通过自产生的H2O2和Fe3+，消除环境水中的ARGs。Zhou等利用负载光催化剂的仿生生态系统，研究了地表水中3种典型ARGs（sul1、sul2、sul3）的状态和消除效果，结果发现该系统对水中和沉积物中sul1和sul2的消除率分别为0.2%~62.9%和8.4%~63.2%。由此可见，具有光催化剂的仿生生态系统可能是一种很有前景的技术，可以消除地表水中典型的ARGs。
Ni等开发了一种耦合处理系统，使用CeO2修饰的碳纳米管电化学膜和NaClO（CeO2@CNT-NaClO）来处理水样，结果表明CeO2@CNT-NaClO能够消除4.6个数量级的sul1、4.7个数量级的intI1和2.0个数量级的tetA。CeO2@CNT-NaClO系统同时消除多种ARGs的优异性能主要归因于多种活性物质（·OH、·ClO、·O2−）的产生，·OH的存在增强了·ClO、·O2−对ARGs的影响。考虑到传统消毒方法不能同时消除耐药细菌和ARGs，研究者提出了一种新型的碳化钼电极辅助的电化学消毒技术，该技术可以有效地灭活多重耐药细菌和降解ARGs。对于胞内ARGs，blaTEM降低了0.4个数量级，tetA降低了3.1个数量级；对于胞外ARGs，blaTEM降低了4.2个数量级，tetA降低了1.1个数量级。电诱导e-、H2O2和·O2−的产生，导致耐药细菌产生应激反应，触发更高的活性氧生成，诱导细菌膜损伤改变了细胞结构，这是同时灭活耐药细菌和消除ARGs的机理。由于氯渗透屏障和细胞壁/膜的氧化竞争，传统的氯化处理无法有效消除耐药细菌的胞内ARGs。
Wang等利用H2还原TiO2纳米线（TiOxNW）电极构建协同纳米线诱导电穿孔（DC-EP）和Cl2（DC-EP/Cl2），其对ARGs水平转移频率比单独的氯化消毒低15~90倍。纳米线诱导电穿孔诱导的细胞膜孔为氯提供了渗透通道，加速了氯进入细胞内，同时伴随细胞孔的氧化扩大，导致胞内ARGs的渗漏和随后的降解。
※ 茶多酚等具有抗菌作用的绿色化学物质被认为是消除水环境中ARGs的辅助消毒剂。
大量研究表明，茶多酚作为一种绿色、高效、无消毒副产物的消毒剂，越来越受到研究者的关注。Feng等通过宏基因组测序分析了臭氧-茶多酚消毒工艺对自来水厂出厂水ARGs的影响，结果表明臭氧-茶多酚消毒工艺适用于含有较多四环素、磺胺类、β-内酰胺类和氨基糖苷类耐药基因的特定原水，水中总耐药基因的消除率高于传统消毒工艺。臭氧-茶多酚消毒过程对ARGs的作用是通过破坏ARGs分子和抑制ARGs宿主细胞的增殖来减少ARGs的转移。作为辅助消毒剂，茶多酚在传统消毒过程中对于消除ARGs起到了重要作用。
※ 探索可持续性、毒性更小的材料，是ARGs消除技术的发展方向。
二乙氨基乙基纤维素是一种聚合物材料，具有优异的吸附效率，最初用于化合物的分离纯化。Pant等将其用于水环境中ARGs的消除，其在pH值=7时具有高达65.40μg/mg的Langmuir最大吸附容量，可有效消除水环境中的ARGs，最高的消除效率降低了4.45个数量级。该材料表现出出色的可回收性，最多可进行10次再生循环，而其性能没有任何明显损失。
Liu等合成了3D ZnO/活性炭藻酸盐珠，是将氧化锌纳米颗粒和活性炭封装在海藻酸盐生物聚合物中，该材料在水处理中表现出更高的ARGs消除效率，ARGs的绝对丰度降低了2.44~2.74个数量级。主要原因是释放的ZnO引起细胞裂解、细胞质渗漏和活性氧增加，从而导致随后的氧化应激状态。这两种材料目前主要用于废水中ARGs的消除，但尚未在饮用水处理中应用，鉴于聚合物材料的优异特性，有望开发成为饮用水处理过程中的新技术和新工艺。
随着检测技术的进步，ARGs检出率和检出种类也不断增加，对于ARGs的防控提出了更大的挑战。目前，饮用水环境中的ARGs消除方法主要采用絮凝、氯消毒、紫外线消毒等技术。这些技术从很大程度上降低了ARGs的污染和扩散，但是无法从根本上解决ARGs的危害。新型消除方法的创新和发展为ARGs的防控提出了新的思路，如新型消毒剂去除技术、新型材料去除技术等，在防控饮用水环境中的ARGs方面具有非常重要的应用前景。
本文总结了饮用水环境中ARGs的消除方法，并对ARGs未来的研究重点和方向提出了建议和展望，为ARGs的有效防控方法提供技术支持。
对ARGs消除方法的建议和展望可详见本文全文，可扫文末二维码查看。↓
研究展望
（1）开发ARGs检测的新技术与新方法。进一步促进高通量测序技术、新型分子诊断技术及快速检测平台等技术手段的创新，综合运用机器学习及人工智能等新兴数据科学和生物信息学工具，系统地分析和解释复杂的ARGs数据，以提高检测的准确性、灵敏度和效率。
（2）深入探究饮用水环境中ARGs的来源、分布特征及迁移变化规律。在深入了解饮用水环境中ARGs污染情况的基础上，构建ARGs的生态风险评估体系和风险预警机制，提升公众对ARGs污染防范意识的科学认知，减少ARGs对公众健康的危害。
（3）饮用水环境中ARGs防控技术创新。进一步开发和优化高级氧化技术、生物处理技术及膜处理技术，促进新型消毒剂、新型纳米吸附材料的使用。同时，结合物理、化学和生物方法，开发综合水处理工艺，以实现对ARGs的全面控制。
