醫用、農用和養殖業(yè)對抗生素日益廣泛的使用，造成了今天抗生素大量滯留于水體和土壤，其污染途徑大致分四種：一是抗生素使用后殘留部分直接滯留在環(huán)境中，例如，對作物施用殺蟲(chóng)和殺菌抗生素后，抗生素直接殘留于水體、土壤和食物上。二是人和牲畜使用抗生素后排泄到環(huán)境中，即從尿液、糞便和汗液中排出，再通過(guò)下水道進(jìn)入污水處理廠(chǎng)，或直接排入江河、湖泊和海洋中。三是人們丟棄抗生素和其他藥物，使環(huán)境中殘留抗生素。四是抗生素和其他藥品通過(guò)游泳、淋浴、洗衣等方式進(jìn)入水循環(huán)系統，進(jìn)而殘留在環(huán)境中。抗生素污染目前已經(jīng)成為國際上的研究熱點(diǎn)之一。
穩定同位素核酸探針技術(shù) (DNA-SIP)是研究復雜環(huán)境中活性微生物的重要手段，是指采用穩定同位素13C標記復雜環(huán)境中特定功能微生物的核酸DNA，并對13C-DNA進(jìn)行下游分析鑒別復雜環(huán)境中微生物作用者的先進(jìn)技術(shù)。通過(guò)將穩定同位素探針技術(shù)與宏基因組學(xué)、高通量測序技術(shù)等相結合，可以用來(lái)揭示抗生素類(lèi)污染物的微生物降解及其相關(guān)機制。
案例一：磺胺嘧啶和磺胺甲惡唑
北京大學(xué)環(huán)境學(xué)院謝曙光教授團隊，利用DNA穩定同位素探測（SIP）結合宏基因組學(xué)來(lái)探索抗生素污染濕地沉積物中磺胺類(lèi)生物降解的活性微生物和機制。DNA - SIP揭示了以變形菌門(mén)為主的多種磺胺類(lèi)同化細菌，例如Bradyrhizobium、Gemmatimonas、unclassified Burkholderiaceae?；前粪奏ず突前芳讗哼蛑饕ㄟ^(guò)最初的異羥基化消減，并由相似的微生物驅動(dòng)。編碼NADH依賴(lài)性單加氧酶的sadA基因在13C重DNA中富集，證實(shí)了其對沉積物中SA初始同位羥基化的催化能力。此外，基于宏基因組學(xué)分析，還提出了一些編碼雙加氧酶的基因參與了SA羥基化和芳環(huán)裂解，這可能在變形菌門(mén)為主要活性細菌時(shí)，在沉積物生態(tài)系統中的SA代謝中起著(zhù)重要作用。我們的研究闡明了未培養微生物在其自然棲息地中的生態(tài)作用，并加深了對原位SA生物降解機制的理解。相關(guān)研究成果于2022年7月發(fā)表在國際權威學(xué)術(shù)期刊《Environment International》上。
案例二：三氯生（抗菌劑）
北京工業(yè)大學(xué)高景峰教授研究團隊在國際期刊《WaterResearch》上，以 “DNA-based stable isotope probing deciphered the active denitrifying bacteria and triclosan-degrading bacteria participating in granule-based partial denitrification process under triclosan pressure”為題發(fā)表文章。在該項研究中考察了抗菌劑三氯生對顆?；坛谭聪趸到y中短程反硝化性能、短程反硝化微生物群落、抗生素抗性基因( ARGs )、活性短程反硝化菌和三氯生降解菌的影響。通過(guò)DNA穩定同位素探測分析表明， Thauera 是顆?；坛谭聪趸到y中的活性短程反硝化細菌和三氯生降解細菌，它可以同時(shí)促進(jìn)亞硝酸鹽積累和三氯生降解。
