水环境中致病菌分子生物学检测技术研究进展（一）

2020 年 2 月 14 日，习近平总书记提出要把生物安全纳入国家安全体系，现阶段全球新冠疫情的暴发更加凸显了生物安全的重要性。水环境是致病菌传播的重要媒介，水环境中致病菌引起的传染病在全球欠发达地区仍频繁发生，严重威胁民众的生命健康安全。由于水环境中致病菌具有丰度低、种类多和风险异质性高等特点，快速准确检测技术的开发与应用是有效控制致病菌传播的关键之一。近年来，水环境中致病菌污染备受关注，水环境中常见的致病菌主要包括铜绿假单胞菌、沙门氏菌、志贺氏菌、梭 状 芽 孢 杆 菌、军团菌和分枝杆菌等，其可通过呼吸道、消化道和皮肤进入人体并引起结核病、伤寒、霍乱和痢疾等多种疾病。与此同时，耐药致病菌如金黄色葡萄球菌、肺炎克雷伯菌和结核分枝杆菌等也在水环境中大量检出。这些致病菌一般不是水体土著微生物，大部分来自外源污染。携带大量致病菌的污水直接排放或未经彻底处理进入受纳水体，易扩散至水源水，进而进入饮用水处理与管网系统。

由此可见，水环境已成为致病菌传播的重要媒介。水环境中致病菌通过饮水和直接接触等途径感染人体，存在传播各类疾病的风险。在资源匮乏的国家甚至在发达国家的欠发达农村地区，受致病菌污染的水体导致了多种介水疾病的暴发与流行，并且介水传染病的发病率和死亡率是巨大的，严重威胁着公众健康和生态安全。长期以理化污染指标为主的水质监测难以预测人类水源相关致病菌的存在，而传统的水环境致病菌检测主要依靠细菌培养和生化鉴定法，其操作烦琐，检测周期长，且样品中的干扰物会导致目标致病菌检出率下降。

目前，水环境中致病菌的监测主要基于对粪便指示菌( FIB) 的检测，该方法易于应用且成本较低，但检测结果与致病菌间的相关性较差。因此，水环境致病菌的快速准确检测方法亟须建立，其在水质监测和微生物风险评估中发挥着重要作用，是水安全目标实现的重要基础。例如，2010 年海地霍乱暴发的前 2 年，由于缺少水域中霍乱弧菌的分布和归趋信息，霍乱患者数量高达 60 多万，其中 7 000多人死亡。2 年后，采用培养法、聚合酶链反应法( PCＲ) 和直接活菌计数法检测水环境中的霍乱弧菌并将其浓度数据与流行病学数据结合，用于后续的风险评估，有效地控制了致病菌的传播，体现了长期以理化污染指标为主的水质监测向环境健康监测与评价体系转变的重要性。

近年来，水环境中致病菌检测的相关研究越来越多，其中分子生物学检测技术因其灵敏度高、特异性强、快速简便、省时省力等优点，在水环境中致病菌的鉴定与检测中扮演着重要角色，但相关研究进展分析总结的报道较少。因此，现总结了水环境中主要致病菌及其导致的疾病，重点介绍了近年来水环境中致病菌的分子生物学检测技术，剖析了不同检测技术的优缺点和应用特点，以期为高效便捷的致病菌检测方法研究与应用提供理论基础和科学依据。

1 水环境中致病菌及相关疾病

世界卫生组织报告显示水传播疾病( 主要是急性肠胃炎) 每年造成 220 多万人死亡。水中病原体出现的原因包括: 水污染、易感人群增加、饮用水处理不达标、商业和旅游全球化等。据统计，目前约有 1 400 多种病原体会感染人类，其中包括细菌( 538 种) 、病毒( 208 种) 、原生动物( 57 种) 、真菌及寄生虫。其中，能引起人类和动物患病的细菌统称为病原菌或致病菌。致病菌的致病作用与其毒力、侵入机体数量、侵入途径及机体的免疫状态密切相关。水环境中主要致病菌及其导致的疾病见表 1。

导致介水传染病的典型致病菌包含:

( 1) 霍乱弧菌，其产生的肠毒素是一种剧烈的致泄毒素。该毒素作用于肠壁促使肠黏膜细胞极度分泌从而使水和盐过量排出，导致严重脱水虚脱，进而引起代谢性酸中毒和急性肾功能衰竭;

( 2) 沙门氏菌，菌体通过毒力岛、黏附素、鞭毛等毒力因子入侵肠上皮细胞，可导致全身扩散感染，典型症状包括发热、恶心、呕吐、腹泻及腹部绞痛;

( 3) 产肠毒素性大肠杆菌，人和多种动物的感染性腹泻的重要病原，会引起胃肠道感染、尿道感染、关节炎、脑膜炎以及败血型感染等。1991—2002 年，美国暴发了 207 起介水传染病，主要致病因子为沙门氏菌、霍乱弧菌、军团菌属、大肠杆菌 O157: H7 和空肠弯曲杆菌等致病菌和寄生虫，共计 433 947 人患病。2008—2013 年，菲律宾共有 42 071 例霍乱病例，主要致病因子为霍乱弧菌。中国每年肠道传染病的发病率为 97． 33 例/10 万人，主要包括霍乱、伤寒、细菌性痢疾等肠道传染病。由此可见，这些介水传染病具有发病急、传播快、波及范围广和危害严重等特点。

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