Biological Mitigation of Antibiotic Resistance Gene Dissemination by Antioxidant-Producing Microorganisms in Activated Sludge Systems

微生物 抵抗性 生物 细菌 生物强化 微生物学 抗生素耐药性 质粒 水平基因转移 抗氧化剂 抗生素 基因 整合子 遗传学 生物化学 基因组
作者
Chongyang Ren,En‐Ling Wu,Erica M. Hartmann,He‐Ping Zhao
出处
期刊:Environmental Science & Technology [American Chemical Society]
卷期号:55 (23): 15831-15842 被引量:46
标识
DOI:10.1021/acs.est.1c04641
摘要

Antibiotic resistance is the principal mechanism of an evergrowing bacterial threat. Antibiotic residues in the environment are a major contributor to the spread of antibiotic resistance genes (ARGs). Subinhibitory concentrations of antibiotics cause bacteria to produce reactive oxygen species (ROS), which can lead to mutagenesis and horizontal gene transfer (HGT) of ARGs; however, little is known about the mitigation of ARG dissemination through ROS removal by antioxidants. In this study, we examine how antioxidant-producing microorganisms inoculated in replicate activated sludge systems can biologically mitigate the dissemination of ARGs. Through quantitative polymerase chain reaction (qPCR), we showed that antioxidant-producing microorganisms could decrease the persistence of the RP4 plasmid and alleviate enrichment of ARGs (sul1) and class 1 integrons (intl1). Metagenomic sequencing identified the most diverse resistome and the most mutated Escherichia coli ARGs in the reactor that contained antibiotics but no antioxidant-producing microorganisms, suggesting that antioxidant-producing microorganisms mitigated ARG enrichment and mutation. Host classification revealed that antioxidant-producing microorganisms decreased the diversity of ARG hosts by shaping the microbial community through competition and functional pathway changes. Conjugative experiments demonstrated that conjugative transfer of ARGs could be mitigated by coculture with antioxidant-producing microorganisms. Overall, this is a novel study that shows how ARG enrichment and HGT can be mitigated through bioaugmentation with antioxidant-producing microorganisms.
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