废水处理过程中细菌面临的化学和物理应激因素的组合，会影响它们之间的基因转移。阿卜杜拉国王科技大学的研究人员发现，某些应激因素组合会显著增加基因转移率，而其他组合则会降低它。这一发现可为废水处理再利用的最佳实践设计和管理提供参考。

细菌对细胞外DNA的自然摄取

细菌可以通过自然转化过程从周围环境中摄取细胞外DNA（eDNA），并将其携带的功能基因整合到自身基因组中。处理后的废水中通常含有较高浓度的细菌和eDNA，同时可能包含多种已知能增强eDNA摄取和整合的应激因素，如紫外线、消毒副产物和药物残留。

应激因素组合的意外结果

研究人员最初假设多种应激因素会对基因转移率产生累加效应，但实际结果更为复杂。根据应激因素的作用模式，某些组合会产生协同效应，大幅提升基因转移率；一些组合表现为中性效应；而另一些组合则会抑制基因转移。例如，当能增加细菌细胞壁通透性的应激因素（如药物卡马西平）与能导致DNA损伤的应激因素（如太阳辐射）依次作用时，两者产生协同效应。相反，如果一种应激因素与eDNA直接发生有害相互作用（如氯仿），则会阻碍DNA整合，产生拮抗效应。

对废水处理的建议

这种复杂性使得多种应激因素的组合效应难以预测，增加了评估废水再利用过程中潜在风险的不确定性。然而，研究结果表明，废水处理的关键目标应是保持废水中细菌和eDNA的浓度足够低，以最小化基因转移。研究人员建议，废水处理设施应升级为使用微滤膜，因为微滤膜能有效去除细菌和eDNA至不会促进自然转化的水平。尽管安装和运行膜微滤比传统砂滤成本更高，但公用事业部门应采取这种预防性措施以降低抗生素耐药性传播的风险。

参考信息
“Impact of chemicals and physical stressors on horizontal gene transfer via natural transformation” by Bothayna Al-Gashgari et al., 13 July 2023, Nature Water.
DOI: 10.1038/s44221-023-00110-8