来源:Frontiers of Environmental Science & Engineering 发布时间:2022/11/14 11:01:53
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FESE | 前沿睿见:警惕寒冷地区城市污水处理厂中隐孢子虫的发生和传染性

论文标题:Tracking Cryptosporidium in urban wastewater treatment plants in a cold region: Occurrence, species and infectivity(警惕寒冷地区城市污水处理厂中隐孢子虫的发生和传染性)

期刊:Frontiers of Environmental Science & Engineering

作者:Dan Xiao, Zhaofeng Lyu, Shiheng Chen, Yang Huo, Wei Fan, Mingxin Huo

发表时间:15 Sep 2022

DOI: 10.1007/s11783-022-1533-8

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提 要

隐孢子虫是常见的寄生虫,极易使人类和动物发生感染;通常的污水处理方式并不能完全将其去除,从而对城市生活污水再利用造成负面影响。目前对污水处理流程中隐孢子虫的衰减关注较少,其基因型与感染性缺少系统性研究。本研究对我国东北地区生活污水处理厂中隐孢子虫的季节发生和去除效率、种类及感染性开展了研究,并首次报道了隐孢子虫在不同环境温度下的感染强度及其发生机制。这些发现为该研究区域内污水处理厂的微生物风险管理提供了警示,同时也突出了隐孢子虫在寒冷季节/地区的显著传染性。

图1 摘要图

研 究 概 览

本研究在中国长春的四座污水处理厂采集水样开展研究。四座污水厂的处理工艺相似,为初级处理—二级处理—二级沉淀—消毒。在四个季节采集进水和各级出水,检测了隐孢子虫的发生、去除率和传染性。发现在四个污水处理厂中调查的卵囊浓度比已知爆发浓度(0.4个/L)高出2.5-200倍。C. andersoniC. bovis、和C. ryanae是常见的隐孢子虫物种。由于大多数被鉴定的隐孢子虫物种与牛有关,推测可能受到周边畜牧场影响。

研究表明,污水处理厂中隐孢子虫的总体去除效率超过84%,而超过60%的隐孢子虫卵囊在二沉池中被清除,UV/臭氧消毒装置主要抑制隐孢子虫的生存能力和感染潜力(~20%),消毒处理后出水中的感染率下降到53%以下。

图2 废水处理过程中隐孢子虫的去除。(a) - (d)显示从污水处理厂A、B、C、D获得的数据

低温可以促进结合蛋白的保留(图3)。在高温下,由于高度布朗扩散,结合在卵囊表面的胞外分泌蛋白(ESPs)很容易以自由蛋白的形式释放到细胞外液中。在低温条件下,细胞外液中的游离蛋白更倾向于保留在卵囊表面。研究推测,在不同的温度条件下,ESPs的比例会发生变化,在较低的温度下,更多的结合蛋白会被宿主摄取,从而导致了感染的流行。

图3 (a)卵囊与肠粘膜上皮相互作用时ESPs的毒性示意图,(b)隐孢子虫卵囊在不同温度下培养的ESPs含量(包括膜结合蛋白),(c)细胞外液中的游离蛋白

环境中低温可以促进毒性基因的表达(图3)。以gp60、COWP2和Hsp70三个基因的表达作为代表性标记物来说明毒性因子的响应。结果表明,gp60基因表达强度随温度升高而降低,推测在低温下,gp60基因的相对高表达可能是隐孢子虫卵囊在寒冷季节具有高感染性的原因之一。

图4 (a)、(c)、(e)分别为gp60、COWP2、Hsp70基因的cDNA估计值,(b)、(d)、(f)分别表示gp60、COWP2和Hsp70基因的拷贝数浓度

编 者 按

该研究调查了寒冷地区不同季节下污水处理厂隐孢子虫的发生和感染性,发现污水处理厂中隐孢子虫总体去除效率超过84%,而消毒过程可以降低其感染性。城市生活污水的再次利用被认为是解决缺水地区水量问题的潜在途径,该研究以隐孢子虫为例,可以为更好的了解生活污水二次利用可能带来的生物性污染问题提供一定的科学依据。

文稿 | 郭乐霞,天津大学

编者 | 童银栋,天津大学/西藏大学,FESE青年编委

审校 | 张 姣

本文内容来自FESE期刊2022年第16卷第9期发表的Research article文章 “Tracking Cryptosporidium in urban wastewater treatment plants in a cold region: Occurrence, species and infectivity”。通讯作者为东北师范大学范伟教授。

引用格式:Dan Xiao, Zhaofeng Lyu, Shiheng Chen, Yang Huo, Wei Fan, Mingxin Huo. Tracking Cryptosporidium in urban wastewater treatment plants in a cold region: Occurrence, species and infectivity. Front. Environ. Sci. Eng., 2022, 16(9): 112

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声明:本文为FESE期刊编辑部与青年编委会、作者等共同制作,内容仅供参考。欢迎转发和阅读原文,并就文章提出广泛讨论。如转载,请保持内容完整、标注信息来源。

摘要

This study investigated the occurrence, species, infectivity and removal efficiency of Cryptosporidium spp. across typical wastewater treatment train. Samples from different process units were collected seasonally and synchronously from four wastewater treatment plants (WWTPs) in Northeastern China. Live Cryptosporidium oocysts were identified in most samples from both influent (97.50%) and effluent (90.00%) wastewaters of the four WWTPs, at an average density of 26.34 and 4.15 oocysts/L, respectively. The overall removal efficiency was 84.25%, and oocysts were mainly removed (62.01%) by the modified secondary sedimentation process. Ten Cryptosporidium species were identified in the effluent samples. C. andersoni, C. bovis, and C. ryanae were the three most prevalent species. Oocyst viability assays indicated no reduction of excystation rate during the primary and secondary wastewater treatments (varied in the range of 63.08%–68.50%), but the excystation rate declined to 52.21% in the effluent after disinfection. Notably, the Cryptosporidium oocysts showed higher infection intensity in the cold season (winter and spring) than that in summer and autumn. The influences of environmental temperature on virulence factors of Cryptosporidium were further examined. It was observed that more extracellular secretory proteins were bound on the oocyst surface and several virulence genes were expressed relatively strongly at low temperatures, both of which could facilitate oocyst adhesion, invasion, and host immune evasion. This research is of considerable interest since it serves as an important step towards more accurate panoramic recognition of Cryptosporidium risk reduction in WWTPs, and especially highlights the potential health risk associated with Cryptosporidium in cold regions/seasons.

期刊简介

Frontiers of Environmental Science & Engineering 是由高等教育出版社、中国工程院和清华大学共同主办的环境领域综合学术期刊,聚焦环境领域前沿问题与研究成果,重点关注开创性、跨学科的研究,致力于打造具有国际影响力的高水平学术交流平台,是中国工程院院刊系列期刊、中国科技期刊卓越行动计划重点期刊

共同主编:曲久辉院士,John Crittenden院士

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