透析用水处理工艺中不同可培养性细菌和抗生素抗性基因研究
透析用水是透析患者治疗的必需品,其水质安全至关重要。近年来,透析患者感染事件也时有发生。透析用水处理工艺是保障其水质的关键,目前人们主要关注其最终出水的水质,鲜有对整个工艺的系统研究,且目前的水质检测手段存在一定缺陷,这些情况可能造成人们对透析用水安全性的高估。微生物污染物是造成透析病人感染及慢性炎症的主要原因。本文针对透析用水处理工艺中不同可培养性细菌、微生物群落结构和抗生素抗性基因(Antibiotic Resistance Genes,ARGs)的分布进行了系统研究,以期为透析用水安全性评估和相关工艺改进提供科学依据。<br>  本文以厦门市...
透析用水是透析患者治疗的必需品,其水质安全至关重要。近年来,透析患者感染事件也时有发生。透析用水处理工艺是保障其水质的关键,目前人们主要关注其最终出水的水质,鲜有对整个工艺的系统研究,且目前的水质检测手段存在一定缺陷,这些情况可能造成人们对透析用水安全性的高估。微生物污染物是造成透析病人感染及慢性炎症的主要原因。本文针对透析用水处理工艺中不同可培养性细菌、微生物群落结构和抗生素抗性基因(Antibiotic Resistance Genes,ARGs)的分布进行了系统研究,以期为透析用水安全性评估和相关工艺改进提供科学依据。
  本文以厦门市某医院两组透析用水处理工艺(下文称A组、B组)为例展开研究。A、B两组工艺均以最后的反渗透装置为核心单元,但两组工艺中反渗透装置前预处理单元顺序不同,A组为自来水、砂滤、碳滤和软化装置,B组为自来水、砂滤、软化和碳滤装置。对两组工艺各单元出水的物化指标进行测定,结果表明两组透析用水处理工艺都能有效地去除相关污染物,运行效果良好。利用异养平板培养法(Heterotrophic Plate Count,HPC)和Propidium Monoazide(PMA)-qPCR以及死/活菌染色结合流式细胞仪(Flow Cytometry,FCM)技术,分别对两组工艺各单元出水的可培养细菌数和总活细菌数进行考察,结果表明两者在两组工艺中的变化趋势相同,均在反渗透装置之前升至最高;在反渗透出水中显著降低,且均符合标准。然而,A、B两组工艺中总活细菌数均高于可培养细菌数,两者差值分别在A组的软化装置出水和B组的碳滤装置出水中达到最大,为6 log(copies/100mL)左右。传统的培养方法检测不到不可培养状态细菌,低估了透析用水中的实际微生物量,从而增大了健康风险。此外,反渗透装置前预处理单元顺序的改变,并未明显改变反渗透膜前的微生物污染压力。反渗透膜前微生物量最大,膜压力大,有发生微生物泄露的风险。
  本文以A组透析用水处理工艺为研究对象,对该工艺中的微生物群落结构进行了研究。利用基于培养法的菌种鉴定和高通量测序技术分别对透析用水处理工艺各单元出水中的可培养细菌和总细菌的群落结构进行考察。结果表明,随着工艺的运行,各单元出水总细菌群落结构变化趋势与可培养细菌群落的变化趋势相同,即在软化出水中,总细菌和可培养细菌的群落丰度和多样性均最大,在反渗透出水中总细菌和可培养细菌的群落丰度和多样性均较小,说明反渗透装置对细菌具有较好的去除作用。高通量测序技术相较于传统的菌种鉴定更能够全面的反映透析用水处理工艺中实际微生物的情况,其结果表明,反渗透出水中变形菌门(Proteobacteria)、拟杆菌门(Bacteroidetes)和厚壁菌门(Firmicutes)相对丰度较高;且属水平上埃希氏菌属(Escherichia)含量相对较高,说明该出水存在一定健康风险。
  本文以B组透析用水处理工艺为研究对象,利用PMA结合高通量荧光定量PCR(PMA-Highthroughput-qPCR,PMA-HT-qPCR)技术对该工艺中活细菌抗生素抗性基因的分布情况进行了研究。结果表明,抗生素抗性基因的分布随着整个工艺流程逐渐变化,其种类和丰度呈现先升高后降低的趋势。具体表现为,碳滤出水中抗生素抗性基因的种类和丰度最高,这与该装置中细菌大量繁殖生物量最高一致;在反渗透装置处理之后,抗性基因的种类和丰度明显降低,仅检出2种抗性基因(erm和mtrD-02),表明反渗透装置对抗性基因具有较好的去除作用。但反渗透出水中检出的两种抗性基因均有发生水平基因转移的可能,其健康风险不容忽视。
  本研究较为全面地揭示了透析用水中存在的潜在健康风险,有助于提高透析用水的生物安全性,为透析用水处理工艺中的微生物以及抗性基因污染防治提供理论支撑。
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作者: 陈利华
学科专业: 环境工程
授予学位: 硕士
学位授予单位: 中国科学院大学
导师姓名: 张胜华 王振江
学位年度: 2017
语 种: chi
分类号: R459.5