喝自来水？小心把“睡美人”细菌喝进肚里！
2018/7/31 7:00:00 科学大院
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水是生命之源，但是不洁净的饮用水却是致病之源!不安全的饮用水每年会导致36.1万名五岁以下儿童死于腹泻，还可能传播霍乱、痢疾、甲型肝炎和伤寒等疾病。这种时候，自来水厂的消毒工作显得尤为重要，可是，自来水厂也有搞不定的时候，比如“睡美人”状态的细菌!
自来水，能直接喝么？(图片来源：视觉中国)
怎么给饮用水消毒？
常见的水传病原细菌有霍乱弧菌(Cholera) 、伤寒杆菌( Typhus) 、副伤寒杆菌(Paratyhus) 、沙门杆菌(Salmonella) 、志贺菌(Shigella) 、大肠埃希菌(E.coli)等。
自来水厂的工艺流程示意图(图片来源：网络)
我国为了保障饮水安全，在《生活饮用水卫生标准》中明确规定饮水中不得检出大肠埃希氏菌、耐热大肠菌群、总大肠杆菌群等病原微生物。
为了去除病原微生物，消毒是水厂必不可少的工艺，是防止霍乱、伤寒、痢疾等传染病通过饮用水传播的有效途径。目前通常采用的消毒方式有氯、氯胺、二氧化氯、臭氧、紫外线等多种方法。其中，氯和氯胺消毒因具有成本低、工艺成熟、消毒效果好且稳定等特点，最为常用。但是，氯和氯胺恰恰可能成为催生“睡美人”细菌的凶手。
“睡美人”细菌有多可怕
“睡美人”状态的细菌学术上称为：VBNC(viable but non-culturable)，指的是包括多种病原菌在内的很多细菌在受到外界不利因素的影响时(例如低温、高盐度、氧化剂等)，会进入活的但不可培养(VBNC)状态。这种状态的细菌不能在传统的平板上生长形成菌落，但仍然保持完整的细胞结构和一定生理活性，甚至致病性；且在特定条件下，其可培养性可能恢复，重新成为正常细胞，就像传说中沉睡的公主被王子唤醒。
这种“睡美人”状态的细菌不能被水厂常用的平板培养法检测到，会造成水中细菌的数量被低估，对饮用水的生物安全性造成极大威胁。然而，迄今为止对于氯和氯胺如何诱导病原菌进入“睡美人”状态的研究非常有限。
谁让细菌入睡？居然是消毒剂？
中国科学院城市环境研究所于鑫研究员团队开展了氯和氯胺处理诱导大肠埃希菌E.coli进入“睡美人”状态的研究。
他们发现以标准的平板计数法检测时，氯和氯胺消毒能够使初始浓度为106 CFU/mL的E.coli的数量快速降为0CFU/mL，但真的就一劳永逸了吗？研究人员进行了以下检测。
l 通过流式细胞仪的检测表明，仍然存在103~105cells/mL的活细菌，即“睡美人”状态细菌。通过扫描电镜观察发现，“睡美人”状态大肠杆菌能够保持完整的细胞结构，但菌体长度有所减小。激光共聚焦显微镜的观察结果则表明，“睡美人”的大肠杆菌细胞膜依然完整，没有被破坏。
扫描电镜下的大肠杆菌(图片来源：Induction of Escherichia coli into a VBNC state through chlorination/chloramination and differences in characteristics of the bacteriumbetween states)
激光共聚焦下显微镜的大肠杆菌，绿色表示细胞膜完整的细菌，红色表示细胞膜破损的细菌(图片来源：Induction of Escherichia coli into a VBNC state through chlorination/chloramination and differences in characteristics of the bacteriumbetween states)
l 通过流式细胞仪和重水标记的拉曼光谱测定发现，这种状态的细菌仍然保持呼吸活性和与水有关的代谢活性，并且随着氯和氯胺剂量的增加，活性会逐渐降低。同时，分子生物学检测结果表明基因soxR和katA转录水平变高，说明这种状态的大肠杆菌抗氧化性更强；致病基因gadA仍然能够表达出来，说明睡美人状态细菌仍可能具有致病性。
重水标记大肠杆菌的拉曼光谱图(图片来源：Induction of Escherichia coli into a VBNC state through chlorination/chloramination and differences in characteristics of the bacteriumbetween states)
l 最后对睡美人状态的细菌进行了复苏实验，发现在适宜的温度(37℃)和营养条件(LB培养基)下，能够发生复苏，恢复可培养性。通过巧妙的计算世代时间，进一步排除了消毒后剩余的可培养细菌再生长的情况，确认了复苏的发生，解决了长久以来不能区分睡美人细菌复苏和残余活的可培养细菌再生长的难题。
研究路线图(图片来源:Induction of Escherichia coli into a VBNC state through chlorination/chloramination and differences in characteristics of the bacteriumbetween states)
自来水厂要怎么办？
研究结果系统地揭示了氯和氯胺诱导细菌进入“睡美人”状态这一现象，并指出传统的平板培养法不能检测这种状态的细菌，会使人们低估饮用水中活的致病菌数量，建议利用CTC-FCM、PMA-qPCR等方法去检测。并且“睡美人”状态细菌在一定合适的条件下会发生复苏，恢复可培养性，存在潜在的健康风险。研究人员提醒人们注意不要喝生水，强烈建议自来水厂采用氯和氯胺消毒与臭氧、超滤膜等技术结合的方法以保证饮用水的生物安全性。
这一研究结果以Induction of Escherichia coli into a VBNC state through chlorination/chloramination and differences in characteristics of the bacteriumbetween states为题发表于国际著名期刊Water Research，2018，142：279-288。城市环境研究所陈胜博士生为第一作者，于鑫研究员和张胜华副研究员为共同通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金(51478450, 51678551, 51678552)和福建省科技项目(2016Y0082)等项目的支持。
(本文由中国科学院城市环境研究所供稿，文章首发于科学大院，转载请联系cas@cnic.cn)
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