活性污泥对于去除废水中的污染物至关重要，了解其中蕴藏的多种微生物群落是一项艰巨的任务。传统方法无法捕捉到微生物相互作用的全部范围。由于这些限制，研究人员认识到需要进行单细胞水平的研究，以更深入地了解微生物的异质性。

该研究由香港大学牵头，于 2024 年 9 月 19 日发表在《环境科学与生态技术》上，该研究将单细胞测序应用于香港污水处理厂的样本。这种方法克服了传统宏基因组学的限制，揭示了微生物群落内错综复杂的遗传网络，并为抗生素抗性基因转移提供了新的视角。

研究小组对 15,110 个微生物细胞进行了测序，将它们归类为 2,454 个单扩增基因组箱，发现 27.5% 代表以前未分类的物种。1,137 个 ARG 以及大量质粒和噬菌体的鉴定强调了物种间频繁的水平基因转移。

研究发现，质粒在传播耐药基因方面发挥了重要作用，这引发了人们对抗生素耐药性可能蔓延的担忧。研究结果强调，需要更密切地监测废水系统，以防止公共健康风险。

这项研究标志着高通量单细胞测序首次应用于分析活性污泥 (AS) 微生物组。分析检测到 1,137 个抗生素抗性基因、10,450 个质粒片段和 1,343 个噬菌体重叠群。质粒 (12,819) 和噬菌体 (184) 宿主的共同关系表明水平基因转移的频率很高。此外，一组 1,529 个宏基因组组装的基因组用于进一步分类 98 个之前未分类的 SAG 箱。

高级研究员张彤教授表示：“我们的研究凸显了单细胞测序在揭示废水处理中隐藏动态方面的能力。这些关于抗生素耐药性基因转移的发现为改进监测和缓解策略铺平了道路，这对于在‘同一个健康’方法下保障公众健康至关重要。”

这项研究具有深远的影响，特别是在改善废水处理过程和抑制抗生素耐药性的蔓延方面。在单细胞水平上追踪耐药基因的能力可能会影响未来的环境政策和公共卫生措施，同时也为其他生态系统(如土壤和人类肠道)的应用开辟了新的途径。

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