研究目的:抗生素被大量广泛地用于临床治疗、水产及畜牧养殖业,有效地控制和消减细菌性传染疾病的危害,同时也导致了细菌迅速进化对抗生素的耐药性。世界卫生组织(WHO)宣告细菌抗生素耐药性是21世纪面临的最严峻的环境健康问题之一,号召全球共同努力遏制细菌耐药性的继续发展。水环境在抗生素耐药基因的传播中起到重要的作用。特别是河口区域,由于周边区域工农业的迅速发展和人口的急剧膨胀,大量的抗生素耐药基因伴随着抗生素和耐药细菌从典型的污染源(例如,医疗污水、城市污水处理厂、养殖场等)进入河口环境,使其成为细菌抗生素耐药基因的一个重要的“汇”,也是致病菌获取耐药基因的一个重要的“源”。本论文旨在调查我国最主要的河口(长江口和珠江口)区域的抗生素耐药基因的污染现状和特征,初步探索了可移动基因元件、抗生素及其耐药基因的关系,为正确认识河口环境中抗生素耐药基因的环境健康风险提供重要的理论依据。研究方法:本文综合运用环境分析化学、生物信息学及分子生物学等多种方法和技术对典型河口区域的抗生素耐药基因的污染现状与特征进行了研究。使用固相萃取-高效液相色谱-电喷雾串联质谱联用技术分析了沉积物中的抗生素的浓度;使用传统PCR和荧光定量PCR的方法测定了沉积物中四环素类、磺胺类抗生素耐药基因(tet和sul)、接合子基因(int1)、细菌16SrRNA基因;使用基于二代DNA高通量测序的生物信息学方法分析了深海和河口沉积物中抗生素耐药基因的综合特征、微生物群落结构及与质粒相关的耐药基因组成。结果:长江口沉积物中16SrRNA和int1基因的平均水平分别为1.34×109和3.7×106copies/g沉积物,与我国其他河流和河口相比均较低;磺胺类抗生素耐药基因的水平远高于四环素类抗生素的水平。上海的长江口区域和杭州湾采集的沉积物中抗生素耐药基因丰度高于其它区域,int1基因与抗生素耐药基因具有相似的空间分布,说明int1基因作为可移动基因元件可能参与了抗生素耐药基因的传播。相关性分析发现,int1基因的丰度与sul1基因的丰度呈显著相关。抗生素分析发现大部分四环素类和磺胺类抗生素在长江口沉积物中的检出率和浓度均很低。其次,使用基于新一代DNA高通量测序的生物信息分析方法,比较分析了珠江口和西太平洋沉积物中细菌群落、抗生素耐药基因及质粒基因组的特征。研究发现,沉积物中的细菌分布在16个菌门,多数细菌属于变形菌门(Proteobacteria),西太平洋沉积物中变形菌门的细菌相对百分比高达95%,远远高于其在珠江口沉积物中的比例。西太平洋沉积物中,多重耐药基因(Multidrugs resistance genes)相对含量最高,可达到77.8%;珠江口沉积物中的耐药基因多与常用抗生素(如,磺胺类、大环内酯类、氨基糖苷类、beta-内酰胺类等)相关,临床病原菌的多重耐药性与环境中抗生素耐药基因的多样性完全一致。西太平洋沉积物中仅仅0.3%的耐药基因在质粒上,珠江口沉积物中超过40%的耐药基因在质粒上被发现。结论:抗生素耐药基因在自然环境是存在的,并不是由于抗生素广泛大量的使用之后产生的,自然环境中抗生素耐药基因的分子特征主要以多重耐药基因为主,且具有较低的水平传播的可能性,与人类污染环境相比具有明显不同的特征。在河口区域,抗生素耐药基因污染与周边地区抗生素的大量使用密不可分,主要来自于典型污染源(如医疗废水等)的排放,而不是在河口中原位诱导产生的,可移动基因元件(如,接合子和质粒)在其传播起到至关重要的作用。由于广泛的耐药性,磺胺类抗生素在临床治疗上的应用逐渐减少。