捕捉和改变抗生素抗性基因的新纳米策略
仅从废水中去除抗药性细菌以消除它们对社会构成的风险是不够的。他们留下的碎片也必须销毁。赖斯大学布朗工程学院的研究人员提出了一种新的策略来“捕获和改变”抗生素抗性基因，即使这些细菌的宿主死亡，它们也可以找到进入其中的途径并增强其他细菌的抵抗力。
赖斯环境工程师佩德罗·阿尔瓦雷斯(Pedro Alvarez)领导的研究小组正在使用分子印迹的石墨氮化碳纳米片吸收和降解污水系统废水中的这些遗传残留物，然后才有机会入侵和感染其他细菌。
研究人员针对了编码新德里金属β-内酰胺酶1(NDM1)的质粒编码的抗生素抗性基因(ARG)，该基因已知能抵抗多种药物。当与ARGs溶液混合并暴露于紫外线下时，经处理的纳米片在破坏基因上的效果比单独的石墨氮化碳高37倍。
在美国化学学会的《环境科学与技术》杂志上详细介绍了基于水稻的纳米系统纳米技术工程水处理研究中心(NEWT)主持的工作。
这项研究解决了越来越多的关注，即被称为超级细菌的耐多药细菌的出现。预计到2050年，它们每年将导致1000万人死亡。
作为一名环境工程师，我担心某些水利基础设施可能藏有超级细菌。例如，我们研究过的天津一家废水处理厂是一个繁殖场，每流入一个，就会排放出五株NDM1阳性菌株。曝气池就像豪华酒店一样，所有细菌在其中繁殖。
不幸的是，一些超级细菌抵抗氯化作用，死亡的抗性细菌释放出细胞外ARGs，这些ARGs在接收环境中被粘土稳定并转化为原生细菌，从而成为抗虫菌库。这强调了技术创新的需要，以防止细胞外ARG的释放。
在本文中，我们讨论了一种破坏细胞外ARG的诱捕策略。我们的策略是使用分子印迹涂层，以提高选择性并最小化背景有机化合物的干扰。
分子印迹就像锁住钥匙一样，与天然酶不同，天然酶的结合位点仅适合正确形状的分子。对于此项目，石墨化碳氮化物分子是定制的吸收或破坏NDM1的锁或光催化剂。
为了制造催化剂，研究人员首先在纳米片的边缘涂覆了聚合物，甲基丙烯酸和嵌入的鸟嘌呤。“鸟嘌呤是最容易氧化的DNA碱基，”阿尔瓦雷斯说。“然后用盐酸洗涤鸟嘌呤，留下其印记。这是环境DNA(eDNA)的选择性吸附位。”
赖斯大学研究生的论文的第一作者，联合研究的张丹宁说，选择氮化碳作为基础纳米片是因为它是非金属的，因此使用更安全并且易于获取。
Alvarez指出，所有催化剂都能有效地从蒸馏水中去除ARG，但对去除次级固体和有机化合物后的污水处理厂产生的次级废水却几乎没有效果。
Alvarez说：“在次级废水中，您具有活性氧清除剂和其他抑制性化合物。” “这种捕获和分解策略显着增强了eDNA基因的去除，明显优于商用光催化剂。”
研究人员写道，废水处理厂使用的常规消毒方法，包括氯化和紫外线辐射，在去除抗药性细菌方面中等有效，但在去除ARGs方面相对无效。
他们希望他们的策略可以在工业规模上进行调整。
张说，该实验室尚未在其他ARG上进行广泛的测试。他说：“由于鸟嘌呤是DNA的常见成分，因此也是ARG的共同成分，因此这种方法还应能有效降解其他eARG。”
尽管最初的过程非常成功，但仍有改进当前过程的空间。张说：“我们尚未尝试优化光催化材料或处理工艺。” “我们的目标是提供概念证明，即分子印迹可以增强针对eARG 的光催化过程的选择性和功效。”
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