發(fā)布時間：2020-03-26 15:12

【摘要】：城市景觀娛樂水體是水傳性病原微生物的重要生存環(huán)境和傳播介質,其微生物風險與公眾健康密切相關。然而,目前對城市水體中人類細菌病原菌多樣性檢測、分布特征、風險水平及來源解析的研究匱乏。本研究以北京市景觀娛樂湖泊及常州市15條城市河流為研究對象,利用本研究優(yōu)化改進的基于16S rRNA基因高通量測序技術檢測細菌病原菌多樣性的方法,并結合qPCR技術,研究了城市水體中的病原菌多樣性、時空分布特征、風險水平及潛在來源,并分析了原位生態(tài)凈化/修復措施對細菌病原菌水平的潛在影響,為城市水體微生物安全管理提供研究基礎。本研究改進了基于16S rRNA基因高通量測序技術檢測細菌病原菌多樣性的方法,通過集成涵蓋145個屬、303種病原菌種的數(shù)據(jù)庫,選擇更優(yōu)化的區(qū)域,將各屬菌種序列分辨比例平均提高22.7%,提升了已有數(shù)據(jù)庫的全面性和準確性。對北京城市景觀娛樂湖泊病原菌多樣性研究發(fā)現(xiàn),水中主要檢出Acinetobactor johnsonii、Aeromonas spp.等環(huán)境病原菌。結合qPCR定量檢測Escherichia coli、Salmonella和三種環(huán)境病原菌Aeromonas spp.等,發(fā)現(xiàn)它們普遍存在,其中34.8%的水樣中檢出所測4種病原菌基因(E.coli除外)。微生物定量風險評估發(fā)現(xiàn)劃船、玩水、喂魚等娛樂活動中Salmonella、Mycobacterium avium、Pseudomonas aeruginosa的年感染風險大多高于美國環(huán)保署推薦限值0.032,其中兒童玩水感染風險最高。針對常州市河流研究發(fā)現(xiàn),水中檢出的潛在病原菌多樣性與豐度明顯高于北京景觀娛樂湖泊,尤其是腸道病原菌,共檢出Arcobacter spp.和Bacteroides spp.等16種。結合qPCR對12種重要病原菌定量檢測,發(fā)現(xiàn)河水普遍受腸道病原菌污染,Arcobacter cryaerophilus、Campylobacter jejuni、Enterococcus faecalis大量檢出,且普遍高于其他研究報道的地表水水平。同時,A.johnsonii、Acinetobacter lwoffii和Aeromonas spp.等環(huán)境病原菌檢出豐度也較高,與湖泊中優(yōu)勢環(huán)境病原菌種類、豐度相近。城市河流生態(tài)修復設施(人工浮島)生物膜中檢出多種病原菌,且多數(shù)(9/12)病原菌的豐度高于或近似于河水;景觀湖泊人工濕地系統(tǒng)顯著增加了水中Aeromonas spp.的濃度,表明原位修復/凈化設施可能是水體中多種病原菌的貯存庫。城市河流中微生物源解析結果表明污水直排帶入人類糞便很可能是腸道病原菌的主要輸入途徑。腸道病原菌水平大多與人源微生物標記物顯著相關,但與水質無確定關系,建議在管理中通過病原菌源解析或直接監(jiān)測確定污染水平及風險。
【圖文】：

研究技術路線圖

4 章）以 Illumina 測序常用的 V4 可變區(qū)（約 250 bp）為目標片段，到近期（第 5至 7 章）延長為覆蓋 V3 和 V4 兩個可變區(qū)（約 460 bp），增加了測序長度。為了明確優(yōu)化的效果，本研究對 23 個屬的數(shù)據(jù)庫中參考序列的 V34 區(qū)和 V4 區(qū)對病原菌種的區(qū)分效果進行比較，如圖 3.1-3.3 及表 3.3 中各屬菌種間分辨率的比較，結果顯示 V34 區(qū)在所研究各屬中比 V4 區(qū)對菌種的分辨率均有所提高，平均提高 22.7%（±16.7%），尤其是在 Aeromonas、Mycobacterium、Acinetobacter、Legionella、Staphylococcus、Yersinia 等屬中分辨率有明顯提升，更有利于準確篩選潛在病原菌。因此，通常為了獲得群落結構信息只對 V4 區(qū)進行測序，是不能滿足病原菌多樣性檢測要求的，，要盡可能選用更長的片段比如 V34 區(qū)進行測定。其次，測序深度關系到數(shù)據(jù)產(chǎn)生量，與測序成本有關。Illumina 測序平臺的另個特點是大大增強了數(shù)據(jù)量產(chǎn)生的效率，即所謂高通量。隨著技術的發(fā)展和成本的降低，適當增加測序深度對病原菌多樣性結果的全面性有利。因此，本研究把測序深度從通常選取的平均 4-5 萬條/樣（第 4 章），增加為平均 10 萬條/樣（第 5章），甚至更高，可以提高測序方法對低豐度條帶的檢出靈敏性，約為 2-3 倍。
【學位授予單位】：清華大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：R126.4

【參考文獻】

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1 陳晶;張敏特;陳萍;鄧文;周新程;張文藝;;菌劑強化潛流濕地總氮總磷去除及功能菌特性[J];環(huán)境化學;2015年12期

2 楊敏;孫永利;鄭興燦;游佳;許光明;陳俊;戴界紅;;清潭污水處理廠一級A提標改造工程脫氮除磷特性分析[J];給水排水;2014年02期

本文編號：2601610