城镇污水厂中超广谱β-内酰胺酶和碳青霉烯酶基因的污染特征、水平转移和环境健康风险研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51908467
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    24.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E1002.城市污水处理与资源化
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2019
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2020-01-01 至2022-12-31

项目摘要

Antibiotic resistance has become one of the world's largest public health threats in the 21st century. The environment is an important place for the generation and spread of emerging antibiotic-resistant pollutants. There is an urgent need for comprehensive health risk assessment of different types of antibiotic resistance genes (ARGs) found in the environment to block the transmission of high-risk ARGs and their hosts from the environment to the human body, thereby maximizing the lifespan of antibiotic as a valuable human resource. Domestic and foreign scholars have carried out extensive investigations on the spatial and temporal diversity of ARGs in the environment, but the environmental host characteristics (e.g., pathogenicity and multi-resistance) and horizontal transferability of such emerging pollutants have received less attention. In particular, there is currently a lack of methods for assessing the health risks of key medical antibiotic-resistant contaminants such as extended-spectrum β-lactamases (ESBLs) and carbapenemases in the environmental samples (e.g., wastewater). Based on metagenomics and bioinformatics, this project is to develop new metrics and models that can quantitatively assess the health risks of environmentally found ARGs, and apply them to predict the comprehensive environmental health risks of resistant pollutants of key clinically-used antibiotics in urban sewage, including ESBL and carbapenemase-coding genes. The project outcomes will provide new methods and tools for global environmental risk assessment of ARGs, providing guidance for the subsequent monitoring and control of necessary antibiotic resistant pollutants.
抗生素抗性已经成为21世纪全球最大公共卫生安全威胁之一。环境是抗生素抗性污染产生和传播的重要场所,迫切需要评估环境中抗生素抗性基因(ARGs)的健康风险,并阻断高健康风险ARGs及其宿主从环境向人体的传播,进而最大限度地延长抗生素作为人类宝贵资源的使用寿命。国内外学者围绕ARGs在环境中的时空多样性开展了广泛调查;然而,这类新兴环境污染物的宿主特性(如致病性、多重抗性)和水平转移能力却较少受到关注,极大限制了对ARGs健康风险的客观认识。特别地,还缺乏污水中超广谱β-内酰胺酶(ESBLs)和碳青霉烯酶这类关键医用抗生素抗性污染的健康风险评价方法。本项目将基于宏基因组测序和生物信息学开发可定量评估环境ARGs健康风险的新指标和模型,并应用其预测污水中ESBLs和碳青霉烯酶基因的健康风险。项目成果将为全球环境ARG风险评估提供新方法和新工具,为后续开展必要的抗生素抗性污染物监测和管控提供指导。

结项摘要

抗生素抗性是21世纪全球最大公共卫生安全威胁之一。抗生素抗性基因(ARGs)被认为是一种全球新兴污染物,环境是其污染产生和传播的重要场所。城镇污水处理厂是ARGs的汇与源。尽管国内外学者围绕ARGs在环境中的时空多样性与丰度等基本特征开展了广泛调查;然而,ARGs传播能力与宿主细菌身份、致病性和功能活性等等核心特征不明,极大限制了对于当前环境耐药组的健康风险的评估能力与客观认知水平。特别地,还缺乏污水中超广谱β-内酰胺酶(ESBLs)和碳青霉烯酶这类关键医用抗生素抗性污染的健康风险评价方法。该项目研究解析了污水厂中抗性基因宿主细菌的身份、分布、活性、功能等关键污染特征信息,揭示了污水处理过程中抗生素抗性和脱氮功能的交互作用。研究指出,污水处理的微生物群落中的病原菌和土著反硝化菌是抗性基因的主要宿主,且在污水处理过程中并未被完全去除。因此应对已处理的出水谨慎处置以免带来安全风险。在此基础上,研究组还首次提出了“表型宏基因组学”(Phenotypic Metagenomics) 新概念及基于富集培养的方法学框架,并率先应用于城市污水厂和受纳河流中超广谱β-内酰胺酶和碳青霉烯酶基因的污染特征解析与宿主细菌检测,阐释了其发生水平转移传播的潜力与环境健康风险。该方法整合了环境微生物组的选择性培养富集、靶标抗性表型筛选和宏基因组深度测序与分析,以探索碳青霉烯类和超广谱头孢菌素类抗性基因的遗传特征及其宿主的分类学特征、致病性和耐药图谱,有望发展为环境中靶标耐药组的标准化监测方法。综上,本项目开发了环境中临床相关ARGs的高通量检测的新方法与健康风险评价的新指标,并应用其评估了污水厂ESBLs和碳青霉烯酶基因的健康风险。该成果将为全球环境ARG风险评估提供新方法和新工具,为后续开展必要的抗生素抗性污染物监测和管控提供指导。

项目成果

期刊论文数量(14)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Using Culture-Enriched Phenotypic Metagenomics for Targeted High-Throughput Monitoring of the Clinically Important Fraction of the β-Lactam Resistome
使用培养物丰富的表型宏基因组学对 β-内酰胺 Resistome 的临床重要部分进行有针对性的高通量监测
  • DOI:
    10.1021/acs.est.2c03627
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    Environmental Science & Technology
  • 影响因子:
    11.4
  • 作者:
    Zhiguo Zhang;Guoqing Zhang;Feng Ju
  • 通讯作者:
    Feng Ju
A 3D-printed microfluidic gradient concentration chip for rapid antibiotic-susceptibility testing
用于快速抗生素敏感性测试的 3D 打印微流体梯度浓缩芯片
  • DOI:
    10.1007/s42242-021-00173-0
  • 发表时间:
    2021-11-24
  • 期刊:
    BIO-DESIGN AND MANUFACTURING
  • 影响因子:
    7.9
  • 作者:
    Zhang, Huilin;Yao, Yuan;Ju, Feng
  • 通讯作者:
    Ju, Feng
Cyanopeptides Restriction and Degradation Co-mediate Microbiota Assembly During a Freshwater Cyanobacterial Harmful Algal Bloom (CyanoHAB)
淡水蓝藻有害藻华 (CyanoHAB) 期间蓝肽限制和降解共同介导微生物群组装
  • DOI:
    10.1016/j.watres.2022.118674
  • 发表时间:
    2022-01
  • 期刊:
    Water Research
  • 影响因子:
    12.8
  • 作者:
    Han Gao;Ze Zhao;Lu Zhang;Feng Ju
  • 通讯作者:
    Feng Ju
Distinctive signatures of pathogenic and antibiotic resistant potentials in the hadal microbiome.
深渊微生物组中致病性和抗生素耐药性潜力的独特特征
  • DOI:
    10.1186/s40793-022-00413-5
  • 发表时间:
    2022-04-25
  • 期刊:
    Environmental microbiome
  • 影响因子:
    7.9
  • 作者:
  • 通讯作者:
Unraveling the riverine antibiotic resistome: The downstream fate of anthropogenic inputs
解开河流抗生素耐药性:人为输入的下游命运
  • DOI:
    10.1016/j.watres.2021.117050
  • 发表时间:
    2021-03-27
  • 期刊:
    WATER RESEARCH
  • 影响因子:
    12.8
  • 作者:
    Lee, Jangwoo;Ju, Feng;Buergmann, Helmut
  • 通讯作者:
    Buergmann, Helmut

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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