近年来，抗菌素耐药性已成为一个重大的公共卫生问题[1]。抗生素抗性基因（ARGs）在人类和环境各领域（包括土壤、水和空气）中日益普遍，对人类和生态健康构成潜在风险[2]。除了ARGs之外，某些其他抗性基因组成分，尤其是普遍存在的金属（类）抗性基因（MRGs），通过共选择机制（如共抗性和交叉抗性）加剧了耐药性的传播[1]、[3]、[4]。污水处理厂（WWTPs）是人类活动与环境之间的关键接口，是抗生素、重金属和消毒剂等污染物的主要储存库[5]、[6]。这些生物系统中的高活性微生物在污染物的选择压力下会富集抗性基因，使WWTPs成为抗菌素耐药性的潜在热点，凸显了它们在抗性传播中的作用[7]、[8]，这值得关注。
全球超过90%的WWTPs采用生物处理工艺[9]，其中最典型的技术是活性污泥（AS）及其变体。随着对废水资源回收、能源生产和低碳处理的日益重视，高效节能工艺（如现代A-B工艺）不断涌现。厌氧消化（AD）作为能源和资源回收的标杆技术，仅在美国就有超过1200个WWTPs采用了该工艺[10]、[11]。厌氧氨氧化（AMX）是一种创新的氮去除技术，能耗低、碳足迹小，已从辅助工艺快速发展为主流工艺，全球有600多个全规模应用案例[12]、[13]、[14]。值得注意的是，AS、AD和AMX是现代A-B处理工艺的关键组成部分，具有能源回收潜力，表明它们在未来废水处理模式中的持续重要性[11]。在A阶段，AS主要负责COD/BOD的去除；而在B阶段，AMX越来越多地被用于可持续的氮去除。混合配置（如部分硝化（PN）-AMX或部分反硝化（PD）-AMX）正在发展，用于同时处理碳和氮[13]、[15]。AD将A阶段和B阶段收集的污泥转化为沼气，实现能源的最大化回收。Strass WWTP是一个整合了AS、AMX和AD的典范，实现了碳中和和超过200%的能源自给[16]。
AS、AD和AMX系统中含有丰富多样的微生物[17]，其ARG和MRG谱型存在显著差异。AS系统中的主要ARG类型包括多重耐药基因、β-内酰胺类[18]、大环内酯-林可酰胺-链霉素（MLS）和四环素抗性基因[19]，而MRGs主要与铜和镍相关[20]。然而，在有机负荷较高的AD系统中，抗性基因更为丰富，例如MLS、四环素和多重耐药相关基因，以及汞和砷相关MRGs[21]、[22]。不过，以往对不同废水处理系统的元分析存在两个主要局限性：1）仅分析抗性基因组谱型而不评估相关风险；2）仅关注单个处理系统而不进行跨过程比较。尽管AS、AD和AMX系统的操作特性存在显著差异，但它们的微生物群落都是抗性基因组的储存库。本研究量化了微生物群组的固有风险，这种比较具有重要意义，因为未来的低碳WWTPs工艺（如A-B系统）将更加依赖这些系统之间的协同作用。因此，本研究量化它们的抗性基因组风险可以为新工艺的实施提供重要信息。此外，其他研究也对不同的微生物群落进行了类似比较，例如WWTPs与人类肠道[21]。
像MetaCompare 2.0这样的先进工具现在可以标准化地量化不同系统的健康风险（临床相关病原体获取高风险ARGs的潜力）和生态风险（ARGs的整体迁移性及其被病原体获取的可能性）[23]。将可能加剧ARG传播的MRGs的共选择效应纳入风险评估框架，可以更全面地评估抗性基因组风险[4]、[7]。此外，跨AS、AD和AMX系统的比较有助于识别抗性基因组的普遍驱动因素和特定于工艺的因素，并为集成设施（如A-B工艺）中的生态和人类健康风险提供更全面的评估[11]，在这些设施中，AD、AS和AMX的微生物群落通过水和/或污泥循环广泛相互作用。
在本研究中，我们通过实际采样和数据整合，收集了分布在6个大洲18个国家的225个AS、AD和AMX系统的元数据，包括宏基因组数据和各种操作参数。使用MetaCompare 2.0评估了生态和人类健康抗性基因组风险。我们的目标是回答以下关键问题：1）这些系统中的抗性基因组特征是什么，包括ARG/MRG类型、宿主和水平基因转移（HGT）潜力？2）微生物群落组装在多大程度上决定了不同系统的抗性基因组风险？3）与抗性基因组风险相关的关键因素是什么？回答这些问题将为评估处理过程中的抗性基因组风险和指导WWTPs的风险管理策略提供重要见解。
