作者：城市所

文章來(lái)源于科學(xué)大院公眾號(hào)（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(huì)導(dǎo)致36.1萬(wàn)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(shí)候，自來(lái)水廠的消毒工作顯得尤為重要，可是，自來(lái)水廠也有搞不定的時(shí)候，比如“睡美人”狀態(tài)的細(xì)菌！

自來(lái)水，能直接喝么？（圖片來(lái)源：視覺(jué)中國(guó)）

怎么給飲用水消毒？

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

自來(lái)水廠的工藝流程示意圖（圖片來(lái)源：網(wǎng)絡(luò)）

我國(guó)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(guò)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(diǎn)，最為常用。但是，氯和氯胺恰恰可能成為催生“睡美人”細(xì)菌的兇手。

“睡美人”細(xì)菌有多可怕

“睡美人”狀態(tài)的細(xì)菌學(xué)術(shù)上稱(chēng)為：VBNC(viable but non-culturable)，指的是包括多種病原菌在內(nèi)的很多細(xì)菌在受到外界不利因素的影響時(shí)(例如低溫、高鹽度、氧化劑等)，會(huì)進(jìn)入活的但不可培養(yǎng)（VBNC）狀態(tài)。這種狀態(tài)的細(xì)菌不能在傳統(tǒng)的平板上生長(zhǎng)形成菌落，但仍然保持完整的細(xì)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(xì)胞，就像傳說(shuō)中沉睡的公主被王子喚醒。

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

誰(shuí)讓細(xì)菌入睡？居然是消毒劑？

中國(guó)科學(xué)院城市環(huán)境研究所于鑫研究員團(tuán)隊(duì)開(kāi)展了氯和氯胺處理誘導(dǎo)大腸埃希菌E.coli進(jìn)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(jì)數(shù)法檢測(cè)時(shí)，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(jìn)行了以下檢測(cè)。

l 通過(guò)流式細(xì)胞儀的檢測(cè)表明，仍然存在103~105cells/mL的活細(xì)菌，即“睡美人”狀態(tài)細(xì)菌。通過(guò)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(xì)胞結(jié)構(gòu)，但菌體長(zhǎng)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(xì)胞膜依然完整，沒(méi)有被破壞。

掃描電鏡下的大腸桿菌（圖片來(lái)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(xì)胞膜完整的細(xì)菌，紅色表示細(xì)胞膜破損的細(xì)菌（圖片來(lái)源：Induction of Escherichia coli into a VBNC state through chlorination/chloramination and differences in characteristics of the bacteriumbetween states）

l 通過(guò)流式細(xì)胞儀和重水標(biāo)記的拉曼光譜測(cè)定發(fā)現(xiàn)，這種狀態(tài)的細(xì)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(huì)逐漸降低。同時(shí)，分子生物學(xué)檢測(cè)結(jié)果表明基因soxR和katA轉(zhuǎn)錄水平變高，說(shuō)明這種狀態(tài)的大腸桿菌抗氧化性更強(qiáng)；致病基因gadA仍然能夠表達(dá)出來(lái)，說(shuō)明睡美人狀態(tài)細(xì)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(lái)源：Induction of Escherichia coli into a VBNC state through chlorination/chloramination and differences in characteristics of the bacteriumbetween states）

l 最后對(duì)睡美人狀態(tài)的細(xì)菌進(jìn)行了復(fù)蘇實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)在適宜的溫度（37℃）和營(yíng)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(guò)巧妙的計(jì)算世代時(shí)間，進(jìn)一步排除了消毒后剩余的可培養(yǎng)細(xì)菌再生長(zhǎng)的情況，確認(rèn)了復(fù)蘇的發(fā)生，解決了長(zhǎng)久以來(lái)不能區(qū)分睡美人細(xì)菌復(fù)蘇和殘余活的可培養(yǎng)細(xì)菌再生長(zhǎng)的難題。

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

自來(lái)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(xì)菌進(jìn)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(cè)這種狀態(tài)的細(xì)菌，會(huì)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(cè)。并且“睡美人”狀態(tài)細(xì)菌在一定合適的條件下會(huì)發(fā)生復(fù)蘇，恢復(fù)可培養(yǎng)性，存在潛在的健康風(fēng)險(xiǎn)。研究人員提醒人們注意不要喝生水，強(qiáng)烈建議自來(lái)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(guó)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(guó)家自然科學(xué)基金（51478450, 51678551, 51678552）和福建省科技項(xiàng)目（2016Y0082）等項(xiàng)目的支持。


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