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微生物修复技术具有高效率、低成本、非破坏、绿色化、适用广等特点，在环境污染控制及环境质量改良中发挥着极为重要的作用。该生物技术主要利用天然存在的或所培养的功能微生物群，在适宜环境条件下，促进或强化微生物代谢功能，从而达到降低有毒污染物活性或降解成无毒物质，已广泛应用于污水处理, 污染土壤修复, 降解特殊有害有机物，固体废弃物资源化，空气净化，环境监测等领域。而基于高通量宏组学技术极大地方便了污染环境微生物区系的详尽探查和动态监测，以及功能基因挖掘，为后续设计新型的环境友好型生物制剂，开发有效的污染治理及监测方案打下基础。
微生物种群决定耐药基因组对动态堆肥过程的转录响应
Microbial phylogeny determines transcriptional response of resistome to dynamic composting processes
动物粪肥中的抗生素抗性基因(ARGs)在全球造成潜在的健康风险，尤其是对牧畜生产中常用的抗生素的耐药性(如四环素、磺胺类药物和氟喹诺酮)。目前，生物处理(堆肥)对粪肥ARGs及其微生物宿主的转录响应的影响并没有被很好的阐述。堆肥是一个四个不同的阶段的动态过程，由微生物活动产生的温度来区分，即升温阶段、高温阶段、降温阶段、腐熟阶段。本研究通过整合堆肥过程中涉及的微生物群落的宏基因组和宏转录组数据，确定了耐药基因组表达的变化与活性微生物组的关系密切相关。堆肥处理显著的降低了粪肥中耐药基因组的聚类表达水平，主要包括编码四环素、万古霉素、氟喹诺酮、β-内酰胺和氨基苷类相关耐药基因以及外排泵基因，并且这些基因的转录表达响应是多样化的。四环素耐药基因(tetm-tetwt-tets)的表达在堆肥过程中减少，与抗生素浓度的变化相关。堆肥对磺酰胺和氟喹诺酮耐药基因的表达没有影响，在高温阶段中有轻微上调随后下降到最初的水平。在堆肥动态过程中土著微生物群落的转变极大，耐药基因组的微生物宿主的构成与之密切相关。磺酰胺和氟喹诺酮耐药基因的宿主在种群结构上变化显著，菌群丰度先增加后减少。而四环素耐药基因(tetm-tetwt-tets)的宿主的丰度则呈现持续性降低。
结论：
1.堆肥整个过程中核心耐药基因组的转录组模式，微生物种群是堆肥动态过程中耐药基因组转录组响应的决定性因素；
2.堆肥处理粪堆的具有显著优势，降低了诸如四环素、四环素抗性基因，携带ARGs的临床相关病原以及RNA病毒和细菌等新兴环境污染物的风险；
1. 活性微生物群落与ARG-携带微生物紧密协调的转录模式。
图1. 活性微生物群落与ARG-携带微生物紧密协调的转录模式。
2. ARG-携带微生物在物种水平上的分布热图 。
图2. ARG-携带微生物在物种水平上的分布热图。
1. Cheng W, Da D, Strong P J, et al. Microbial phylogeny determines transcriptional response of resistome to dynamic composting processes[J]. Microbiome, 2017, 5(1):103.
2. Su J Q, An X L, Li B, et al. Metagenomics of urban sewage identifies an extensively shared antibiotic resistome in China[J]. Microbiome, 2017, 5(1):84.
3. Cao X, Diao M, Zhang B, et al. Spatial distribution of vanadium and microbial community responses in surface soil of Panzhihua mining and smelting area, China[J]. Chemosphere, 2017, 183:9.
4. Mahbub K R, Subashchandrabose S R, Krishnan K, et al. Mercury alters the bacterial community structure and diversity in soil even at concentrations lower than the guideline values.[J]. Applied Microbiology & Biotechnology, 2017, 101(5):1-13.
5. Pavel Dvořák, Pablo I. Nikel, Jiří Damborský, Víctor de Lorenzo, Bioremediation 3.0: Engineering pollutant-removing bacteria in the times of systemic biology, Biotechnology Advances (2017), doi: 10.1016/j.biotechadv.2017.08.001 .
