酸性条件は、豚糞尿中のスルホンアミド系抗生物質および抗生物質耐性決定因子の除去を促進する

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Environ. Pollut..2020 Aug;263(Pt A):114439. S0269-7491(19)37323-3. doi: 10.1016/j.envpol.2020.114439.Epub 2020-03-26.

酸性条件は、豚糞尿中のスルホンアミド系抗生物質および抗生物質耐性決定因子の除去を促進する

Acidic conditions enhance the removal of sulfonamide antibiotics and antibiotic resistance determinants in swine manure.

Hui Lin
Wanchun Sun
Qiaogang Yu
Junwei Ma

PMID: 32302890 DOI: 10.1016/j.envpol.2020.114439.

抄録

糞尿のpHは、その固有の組成または添加物の含有量に応じて変化することがある。しかし、糞尿中の抗生物質および抗生物質耐性決定因子の運命に及ぼすpHの影響は明らかにされていない。本研究では、pHを中性（7.4）から酸性（5.4-4.8）に調整することで、豚糞中の異なるスルホンアミド系抗生物質（SA）の除去が促進されることを明らかにした。また、酸性化は、培養中の糞尿中の抗生物質耐性遺伝子の蓄積を抑制することが示された。酸性化した糞尿は、7.4のような中性pHの糞尿と比較して、sul1とsul2の絶対量と相対量の両方が低下していた。さらに、酸性化はスルホンアミド耐性菌（SRB）の増殖を抑制し、IntI1の蓄積を抑制することで、糞尿中のsul遺伝子の減少を促進することが示唆された。さらに、pH調整は培養後の糞尿細菌群集の組成に有意な影響を与え、Firmicutesは増加し、Proteobacteriaは減少した。また、pH調整によるFirmicutes菌群の濃縮、SA分解の促進、抗生物質耐性決定因子の運命との間には密接な関係が観察された。全体的に、糞尿のpHを下げることは、SAsの分解を促進し、sul遺伝子とSRBを減少させ、水平方向のsul遺伝子の移動を抑制し、抗生物質耐性を減少させるためのシンプルかつ非常に効果的な糞尿管理オプションとなり得る。

Manure pH may vary depending on its inherent composition or additive contents. However, the effect of pH on the fate of antibiotics and antibiotic resistance determinants in manure remains unclear. This work demonstrated that pH adjustment promoted the removal of different sulfonamide antibiotics (SAs) within swine manure under incubation conditions, which increased from 26-60.8% to 75.0-86.0% by adjusting the initial pH from neutral (7.4) to acidic (5.4-4.8). Acidification was also demonstrated to inhibit the accumulation of antibiotic resistance genes in manure during incubation. Acidified manure contained both lower absolute and relative abundances of sul1 and sul2 than those at a neutral pH like 7.4. Further investigation indicated that acidification promoted the reduction of sul genes in manure by restricting sulfonamide-resistant bacteria (SRB) proliferation and inhibiting IntI1 accumulation. Furthermore, pH adjustment significantly influenced the composition of the manure bacterial community after incubation, which increased Firmicutes and decreased Proteobacteria. Close relationships were observed between pH-induced enrichment of the Firmicutes bacterial phylum, enhanced SAs degradation, and the fates of antibiotic resistance determinants. Overall, lowering the pH of manure promotes the degradation of SAs, decreases sul genes and SRB, and inhibits horizontal sul gene transfer, which could be a simple yet highly-effective manure management option to reduce antibiotic resistance.