信息来源：中国人民大学化学与生命资源学院 发布时间：2025年11月6日

成果简介

第一作者：滕苗苗 中国环境科学研究院

通讯作者：霍正洋 中国人民大学、吴丰昌 中国环境科学研究院

近日，中国人民大学霍正洋副教授团队与中国环境科学研究院滕苗苗副研究员、吴丰昌院士团队在顶级期刊《The Innovation》上发表题为“Waterborne pathogen mitigation: Decoding techno-ecological synergies in multiscale transmission networks”的长文综述。该文章指出应对环境病原微生物的威胁，关键在于实现从孤立控制到生态-技术协同的范式转移，从全流程视角构建保障公共安全的多级防线。

图文摘要

引言

病原微生物在复杂环境介质中持续增殖与传播，构成重大健康威胁。不仅应以“终端保障”为目标，实施精准检测与消毒，在关键节点构筑多屏障防护；还应通过“生态涵养”提升环境韧性，以全流程视角削减风险，保障公共安全。

图文导读

01

病原微生物及其在跨介质环境中的复杂传播网络

环境病原微生物长期威胁公众健康。常见的病毒、细菌与原生动物等病原微生物种类繁多、尺寸跨度大且致病性强。尤为严峻的是，部分微生物在恶劣环境中可形成生物膜、产生抗生素抗性等顽强生存结构，极大增加了环境控制难度（图1A）。

近二十年来，由病原微生物引发的重大疫情格局发生根本变化。随着公共卫生水平提升与疫苗普及，传统传染病如鼠疫、天花已基本绝迹，取而代之的是SARS、埃博拉、COVID-19等新型突变病毒，凸显对未知病毒的防控亟需加强（图1B）。此外，全球约23%的死亡与病原微生物感染相关，其中具备抗性生物膜结构的致病菌风险最高（图1C）。展望未来，突变病毒与抗性细菌很可能成为重大公共卫生事件的首要诱因。

图1. 环境病原微生物的种类、历史上引发的重大疫情与现今引发人类死亡的高风险微生物

环境病原微生物常以水体为媒介繁殖、传播并引发感染（图2A）。在流域上游的农村地区，病原微生物可通过养殖、灌溉等途径进入水体，威胁下游居民的饮用水安全（图2B）。城市市政污水处理设施中富集大量病原微生物，尤以抗生素抗性菌和消毒耐受菌风险突出（图2C）。医疗废水中则含有高浓度病原微生物与抗生素，极易诱导抗性菌的产生与扩散（图2D）。最终，残留的耐受微生物可能在用户终端对人群健康构成潜在威胁，形成完整的传播链条（图2E）。

图2. 水环境病原微生物的传播途径及具有高感染风险的传播场所

02

环境病原微生物的检测技术及发展前景

水环境病原微生物浓度低、致病性强、耐受性高，且在复杂基质流域中检测难度大（图3）。传统基于培养或PCR的检测方法流程繁琐、依赖专业人员、易受共存物质干扰，难以满足实时诊断的迫切需求。因此，亟需发展快速精准的新型检测技术，以实现复杂水体中低浓度病原微生物的实时准确识别。

新兴分子生物学技术（如基因编辑与等温扩增）显著提升了检测灵敏度与速度；结合电化学、光学与微流控的先进传感器，则逐步实现复杂水环境中的在线监测。多组学技术进一步从基因与蛋白层面综合评价微生物风险。未来，应融合实验室分析与原位传感，通过识别流域高风险位点并部署自动检测设备，构建实时预警体系，提升对水环境病原微生物的整体防控能力。

图3. 常规水环境病原微生物检测技术面临的挑战与未来检测技术的发展方向

03

生态与技术双重视角下的病原微生物控制

现有消毒技术虽能高效灭活微生物，但多适用于饮用水厂等集中处理场景（图4A）。面对环境病原微生物的复杂传播网络，亟需在高风险位点建立分散式消毒屏障，实现多级防控。为此，应开发适用于终端场景的小型化、低能耗、少药剂的消毒技术与装置（图4B）。当前消毒效率评价主要依赖指示微生物反映粪便污染水平，需进一步筛选更具代表性的生物学指标以提升评估准确性（图4C）。

更重要的是，应从源头控制病原微生物进入环境，通过管控流域污染、涵养生态水质、构建人工湿地等绿色手段，降低水体中病原微生物浓度，减轻终端消毒负荷，系统保障全流程用水安全（图4D）。

图4. 病原微生物消毒技术与“生态-技术”协同的控制方法

04

数据科学驱动的病原微生物控制和潜在的气候变化影响

数据科学正推动病原微生物防控向智能化发展。通过将离散检测信息整合为连续动态数据，可实现对其传播的实时预警；进一步将检测与消杀联动，依据实时微生物信息精准调控消毒过程，可有效避免有害副产物的生成（图5A）。此外，数据科学亦能助力污水流行病学分析与指示微生物筛选，提升风险识别的精准性（图5B）。在气候变化背景下，气温上升、极端天气频发、宇宙辐射增强及冻土融化等问题，均能引发新的病原微生物扩散与变异风险，亟待加强相关领域的研究（图5C）。

图5. 数据科学驱动的病原微生物控制与潜在气候变化影响

小结

环境病原微生物对公共健康构成严重威胁，尤其是致病性突变病毒与抗性细菌，可能引发新的疫情。有效应对这一挑战，需在高风险位点实施实时灵敏检测，以精准识别微生物风险；同时，在关键传播节点部署高效分散的消毒装置，构建多屏障防控体系。融合生态系统韧性提升与多级消毒屏障，可实现病原微生物的全流程控制。未来，数据科学将赋能实时监测与自适应消毒，推动实现智能化的全流域管控。值得注意的是，气候变化将加剧病原微生物传播，而中低收入国家受限于薄弱的基础设施，面临更高的风险。因此，必须加强全球协同治理，共同应对病原微生物传播与感染带来的跨域挑战。

本项目得到了科技部重点研发计划和国家自然科学基金委的资助。

作者简介

霍正洋，中国人民大学环境科学与工程系副教授。长期从事水环境健康研究，已发表 SCI 论文 40 余篇，以第一/通讯作者在The Innovation、Nat. Water、Nat. Rev. Clean Technol.等顶刊发表文章。主持参与国家自然科学基金、国家重点研发计划青年科学家项目等 10 余项课题。获北京市科技新星、欧盟“玛丽·居里”学者等荣誉。

文章链接：https://www.cell.com/the-innovation/fulltext/S2666-6758(25)00348-0