医用、农用和养殖业对抗生素日益广泛的使用，造成了今天抗生素大量滞留于水体和土壤，其污染途径大致分四种：一是抗生素使用后残留部分直接滞留在环境中，例如，对作物施用杀虫和杀菌抗生素后，抗生素直接残留于水体、土壤和食物上。二是人和牲畜使用抗生素后排泄到环境中，即从尿液、粪便和汗液中排出，再通过下水道进入污水处理厂，或直接排入江河、湖泊和海洋中。三是人们丢弃抗生素和其他药物，使环境中残留抗生素。四是抗生素和其他药品通过游泳、淋浴、洗衣等方式进入水循环系统，进而残留在环境中。抗生素污染目前已经成为国际上的研究热点之一。

 

 

稳定同位素核酸探针技术 (DNA-SIP)是研究复杂环境中活性微生物的重要手段，是指采用稳定同位素13C标记复杂环境中特定功能微生物的核酸DNA，并对13C-DNA进行下游分析鉴别复杂环境中微生物作用者的先进技术。通过将稳定同位素探针技术与宏基因组学、高通量测序技术等相结合，可以用来揭示抗生素类污染物的微生物降解及其相关机制。

 

 

案例一：磺胺嘧啶和磺胺甲恶唑

 

北京大学环境学院谢曙光教授团队，利用DNA稳定同位素探测（SIP）结合宏基因组学来探索抗生素污染湿地沉积物中磺胺类生物降解的活性微生物和机制。DNA - SIP揭示了以变形菌门为主的多种磺胺类同化细菌，例如Bradyrhizobium、Gemmatimonas、unclassified Burkholderiaceae。磺胺嘧啶和磺胺甲恶唑主要通过最初的异羟基化消减，并由相似的微生物驱动。编码NADH依赖性单加氧酶的sadA基因在13C重DNA中富集，证实了其对沉积物中SA初始同位羟基化的催化能力。此外，基于宏基因组学分析，还提出了一些编码双加氧酶的基因参与了SA羟基化和芳环裂解，这可能在变形菌门为主要活性细菌时，在沉积物生态系统中的SA代谢中起着重要作用。我们的研究阐明了未培养微生物在其自然栖息地中的生态作用，并加深了对原位SA生物降解机制的理解。相关研究成果于2022年7月发表在国际权威学术期刊《Environment International》上。

 

 

案例二：三氯生（抗菌剂）
 

北京工业大学高景峰教授研究团队在国际期刊《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”为题发表文章。在该项研究中考察了抗菌剂三氯生对颗粒基短程反硝化系统中短程反硝化性能、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响。通过DNA稳定同位素探测分析表明， Thauera 是颗粒基短程反硝化系统中的活性短程反硝化细菌和三氯生降解细菌，它可以同时促进亚硝酸盐积累和三氯生降解。