メタゲノム解析とネットワーク解析により、埋立排水流通システムにおける抗生物質レジストームと細菌種のプロファイルと共起パターンを解読した

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J. Hazard. Mater..2020 Jun;400:123170. S0304-3894(20)31159-6. doi: 10.1016/j.jhazmat.2020.123170.Epub 2020-06-11.

メタゲノム解析とネットワーク解析により、埋立排水流通システムにおける抗生物質レジストームと細菌種のプロファイルと共起パターンを解読した

Metagenomic and network analyses decipher profiles and co-occurrence patterns of antibiotic resistome and bacterial taxa in the reclaimed wastewater distribution system.

Guijuan Zhang
Yuntao Guan
Renxin Zhao
Jie Feng
Jin Huang
Liping Ma
Bing Li

PMID: 32590136 DOI: 10.1016/j.jhazmat.2020.123170.

抄録

本研究では、メタゲノム解析及びネットワーク解析を用いて、埋立廃水と表層バイオフィルム及び内層バイオフィルムの2種類のバイオフィルムを含む埋立廃水流通システムにおけるレジストーム及び微生物のプロファイルと共発現を明らかにした。ARGの相対的な存在量と組成に及ぼす塩素化処理、紫外線照射及び無消毒処理の影響を系統的に検討した。その結果、埋立排水はバイオフィルムよりも多様で豊富なARGを有しており、総ARG相対濃度は、埋立排水サンプル＞表層バイオフィルム＞内層バイオフィルムの順であった。多剤耐性遺伝子、バシトラシン耐性遺伝子、スルホンアミド耐性遺伝子、アミノグリコシド耐性遺伝子、β-ラクタム耐性遺伝子、マクロライド-リンコサミド-ストレプトグラミン耐性遺伝子の6種類のARGが最も優勢であり、これらの遺伝子の合計が全ARG相対含有量の90.1%～96.0%を占めていた。ベータラクタム耐性遺伝子は、埋立排水のARGの中で最も識別性の高い遺伝子であった。また、バシトラシン耐性遺伝子とbacAは、バイオフィルムのARGタイプとサブタイプを識別することができた。塩素処理は埋立排水中のARGの相対的な存在量を有意に減少させたが、ARGの相対的な存在量を減少させることはできなかった。しかし、バイオフィルム中のARGの相対的な存在量を減少させることはできなかった。また、ARGの総量については、1年間の経時的な増加・減少傾向は見られなかった。その結果、26属が22のARGサブタイプを宿主とする可能性があることが明らかになった。

Metagenomic and network analyses were applied to decipher the profiles and co-occurrence of resistome and microbial taxa in the reclaimed wastewater distribution system, including reclaimed wastewater and two types of biofilms, i.e., surface layer biofilms and inner layer biofilms. The effects of chlorination, UV irradiation and no disinfection treatment on ARG relative abundance and composition were systemically investigated. The reclaimed wastewater possesses more diverse and abundant ARGs than biofilms and total ARG relative abundance followed the order of reclaimed wastewater samples > surface layer biofilms > inner layer biofilms. Multidrug, bacitracin, sulfonamide, aminoglycoside, beta-lactam, and macrolide-lincosamide-streptogramin resistance genes were the six most dominant ARG types and their sum accounted for 90.1 %-96.0 % of the total ARG relative abundance in different samples. Beta-lactam resistance gene was the discriminative ARG type for reclaimed wastewater. Bacitracin resistance gene and bacA were the discriminative ARG type and subtype for biofilms. Chlorination significantly reduced ARG relative abundance in the reclaimed wastewater. Nevertheless, it could not reduce ARG relative abundance in biofilms. Regarding to the total ARG profiles, there were no obvious increasing or decreasing trends over time during one year period. Co-occurrence results revealed twenty-six genera were deduced as the potential hosts of twenty-two ARG subtypes.