作者：城市所

文章來源于科學(xué)大院公眾號（ID：kexuedayuan）

水是生命之源，但是不潔凈的飲用水卻是致病之源！不安全的飲用水每年會導(dǎo)致36.1萬名五歲以下兒童死于腹瀉，還可能傳播霍亂、痢疾、甲型肝炎和傷寒等疾病。這種時候，自來水廠的消毒工作顯得尤為重要，可是，自來水廠也有搞不定的時候，比如“睡美人”狀態(tài)的細菌！

自來水，能直接喝么？（圖片來源：視覺中國）

怎么給飲用水消毒？

常見的水傳病原細菌有霍亂弧菌(Cholera) 、傷寒桿菌( Typhus) 、副傷寒桿菌(Paratyhus) 、沙門桿菌(Salmonella) 、志賀菌(Shigella) 、大腸埃希菌(E.coli)等。

自來水廠的工藝流程示意圖（圖片來源：網(wǎng)絡(luò)）

我國為了保障飲水安全，在《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》中明確規(guī)定飲水中不得檢出大腸埃希氏菌、耐熱大腸菌群、總大腸桿菌群等病原微生物。

為了去除病原微生物，消毒是水廠必不可少的工藝，是防止霍亂、傷寒、痢疾等傳染病通過飲用水傳播的有效途徑。目前通常采用的消毒方式有氯、氯胺、二氧化氯、臭氧、紫外線等多種方法。其中，氯和氯胺消毒因具有成本低、工藝成熟、消毒效果好且穩(wěn)定等特點，最為常用。但是，氯和氯胺恰恰可能成為催生“睡美人”細菌的兇手。

“睡美人”細菌有多可怕

“睡美人”狀態(tài)的細菌學(xué)術(shù)上稱為：VBNC(viable but non-culturable)，指的是包括多種病原菌在內(nèi)的很多細菌在受到外界不利因素的影響時(例如低溫、高鹽度、氧化劑等)，會進入活的但不可培養(yǎng)（VBNC）狀態(tài)。這種狀態(tài)的細菌不能在傳統(tǒng)的平板上生長形成菌落，但仍然保持完整的細胞結(jié)構(gòu)和一定生理活性，甚至致病性；且在特定條件下，其可培養(yǎng)性可能恢復(fù)，重新成為正常細胞，就像傳說中沉睡的公主被王子喚醒。

這種“睡美人”狀態(tài)的細菌不能被水廠常用的平板培養(yǎng)法檢測到，會造成水中細菌的數(shù)量被低估，對飲用水的生物安全性造成極大威脅。然而，迄今為止對于氯和氯胺如何誘導(dǎo)病原菌進入“睡美人”狀態(tài)的研究非常有限。

誰讓細菌入睡？居然是消毒劑？

中國科學(xué)院城市環(huán)境研究所于鑫研究員團隊開展了氯和氯胺處理誘導(dǎo)大腸埃希菌E.coli進入“睡美人”狀態(tài)的研究。

他們發(fā)現(xiàn)以標(biāo)準(zhǔn)的平板計數(shù)法檢測時，氯和氯胺消毒能夠使初始濃度為106 CFU/mL的E.coli的數(shù)量快速降為0CFU/mL，但真的就一勞永逸了嗎？研究人員進行了以下檢測。

l 通過流式細胞儀的檢測表明，仍然存在103~105cells/mL的活細菌，即“睡美人”狀態(tài)細菌。通過掃描電鏡觀察發(fā)現(xiàn)，“睡美人”狀態(tài)大腸桿菌能夠保持完整的細胞結(jié)構(gòu)，但菌體長度有所減小。激光共聚焦顯微鏡的觀察結(jié)果則表明，“睡美人”的大腸桿菌細胞膜依然完整，沒有被破壞。

掃描電鏡下的大腸桿菌（圖片來源：Induction of Escherichia coli into a VBNC state through chlorination/chloramination and differences in characteristics of the bacteriumbetween states）

激光共聚焦下顯微鏡的大腸桿菌，綠色表示細胞膜完整的細菌，紅色表示細胞膜破損的細菌（圖片來源：Induction of Escherichia coli into a VBNC state through chlorination/chloramination and differences in characteristics of the bacteriumbetween states）

l 通過流式細胞儀和重水標(biāo)記的拉曼光譜測定發(fā)現(xiàn)，這種狀態(tài)的細菌仍然保持呼吸活性和與水有關(guān)的代謝活性，并且隨著氯和氯胺劑量的增加，活性會逐漸降低。同時，分子生物學(xué)檢測結(jié)果表明基因soxR和katA轉(zhuǎn)錄水平變高，說明這種狀態(tài)的大腸桿菌抗氧化性更強；致病基因gadA仍然能夠表達出來，說明睡美人狀態(tài)細菌仍可能具有致病性。

重水標(biāo)記大腸桿菌的拉曼光譜圖（圖片來源：Induction of Escherichia coli into a VBNC state through chlorination/chloramination and differences in characteristics of the bacteriumbetween states）

l 最后對睡美人狀態(tài)的細菌進行了復(fù)蘇實驗，發(fā)現(xiàn)在適宜的溫度（37℃）和營養(yǎng)條件（LB培養(yǎng)基）下，能夠發(fā)生復(fù)蘇，恢復(fù)可培養(yǎng)性。通過巧妙的計算世代時間，進一步排除了消毒后剩余的可培養(yǎng)細菌再生長的情況，確認(rèn)了復(fù)蘇的發(fā)生，解決了長久以來不能區(qū)分睡美人細菌復(fù)蘇和殘余活的可培養(yǎng)細菌再生長的難題。

研究路線圖（圖片來源:Induction of Escherichia coli into a VBNC state through chlorination/chloramination and differences in characteristics of the bacteriumbetween states）

自來水廠要怎么辦？

研究結(jié)果系統(tǒng)地揭示了氯和氯胺誘導(dǎo)細菌進入“睡美人”狀態(tài)這一現(xiàn)象，并指出傳統(tǒng)的平板培養(yǎng)法不能檢測這種狀態(tài)的細菌，會使人們低估飲用水中活的致病菌數(shù)量，建議利用CTC-FCM、PMA-qPCR等方法去檢測。并且“睡美人”狀態(tài)細菌在一定合適的條件下會發(fā)生復(fù)蘇，恢復(fù)可培養(yǎng)性，存在潛在的健康風(fēng)險。研究人員提醒人們注意不要喝生水，強烈建議自來水廠采用氯和氯胺消毒與臭氧、超濾膜等技術(shù)結(jié)合的方法以保證飲用水的生物安全性。

這一研究結(jié)果以Induction of Escherichia coli into a VBNC state through chlorination/chloramination and differences in characteristics of the bacteriumbetween states為題發(fā)表于國際著名期刊Water Research，2018，142：279-288。城市環(huán)境研究所陳勝博士生為第一作者，于鑫研究員和張勝華副研究員為共同通訊作者。該研究得到了國家自然科學(xué)基金（51478450, 51678551, 51678552）和福建省科技項目（2016Y0082）等項目的支持。


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