污水处理厂(WWTP)被认为是耐药基因(ARG)转移到环境中的重要场所。众所周知,进入WWTP的污水(尤其是工业污水)包含各种芳香族化合物,然而目前关于芳香族化合物的降解过程和耐药基因传播之间的关系知之甚少。针对这一问题,本文研究了两类重要的氨基类芳香族化合物PAP和硝基类芳香族化合物PNP的模拟废水来研究不同浓度芳香族化合物的降解过程与ARG的丰度及多样性之间的关联。PAP和PNP都是生产药物、农药和染料等的重要基础材料,并且在工业废水中有相对较高的浓度。另一方面,PAP、PNP及环境中存在的其它芳香族化合物可能会通过共同选择ARG和芳香族降解基因(ADG)来促进耐药性的扩散。在本研究中,通过对大量的细菌全基因组进行分析,系统研究了ARG和ADG之间的丰度关系和遗传联系。此外,分析了来自不同生态系统中受到芳香族化合物污染的71个环境样品的宏基因组测序数据,进一步揭示了不同系统中多种芳香族化合物对ARG的影响。最后,本文提出了一种利用臭氧预处理芳香族化合物废水来有效限制生物反应器中ARG传播的方法。主要结论如下:(1)芳香族污水生物处理的实验结果表明:废水中的PAP和PNP物质显著促进了ARG的丰度和多样性的增加。Procrustes analysis和Mantel test分析显示芳香族化合物主要是通过塑造生物反应器中的微生物群落结构来促进ARG丰度的上升。Network分析还表明携带有ARG和ADG的潜在宿主大部分是铜绿假单胞菌属(Pseudomonas),白杆菌属(Leucobacter),黄杆菌属(Xanthobacter),不动杆菌(Acinetobacter)和伯克霍尔德杆菌科(Burkholderiaceae)。此外,本章也在宏基因组中提取出来的单个细菌基因组(MAG)上观察到了ARG和ADG的共现性。(2)鉴于缺乏有关ARG和ADG之间相关性的系统性知识,因此迫切需要全面的了解。通过对10,243个完整的细菌全基因组进行生物信息学分析,发现67.6%携带有ADG的细菌也同时携带有ARG,本文第一次揭示了ARG和ADG在微生物特定基因组上的高共现性。其中,超过80%的伯克霍尔德氏菌(Burkholderiales),黄单胞菌(Xanthomonales),肠杆菌科(Enterobacteriaceae),不动杆菌(Acinetobacter),假单胞菌(Pseudomonas)和诺卡氏菌(Nocardiaceae)同时携带ARG和ADG。此外,携带ADG的细菌所携带ARG的数量是仅携带ARG的细菌的两倍以上。Network分析表明,多重耐药,β-内酰胺,氨基糖苷,大环内酯-林可酰胺-链霉菌素和多粘菌素类抗性基因是与ADG相关的主要的ARG。总之,此研究进一步了解了不同细菌基因组类别中的ARG和ADG的共现模式,而且还提供了ARG和ADG在特定基因组上同时存在的有力证据。本文还研究了来自不同环境的71个样品的宏基因组测序数据,结果表明,芳香族化合物对ARG的影响存在于各种生态系统中,并证实了高含量的芳香族化合物会导致ARG的高丰度。(3)最后,本文提出了一种使用臭氧来对PAP废水进行预处理的方法,废水经臭氧预处理之后芳香度(AI)显著下降,从而可以非常有效的控制生物反应器中ARG丰度的上升,与对照反应器相比,经过臭氧预处理的PAP废水的生物反应器中ARG的相对丰度最大降幅达到了70%以上。并且,以多重耐药,喹诺酮,莫匹罗星,多粘菌素,氨基糖苷,糖肽,β-内酰胺和甲氧苄啶类抗性基因为代表的ARG均大幅降低。