从废水中去除耐抗生素细菌还不足以消除这些微生物对社会构成的风险。这些细菌也会留下一些必须被消灭的东西。
莱斯大学(Rice University)布朗工程学院(Brown School of Engineering)的科学家们开发了一种新的方法，可以“诱捕和消灭”对抗生素有抗药性的基因。这些基因是细菌的一部分，尽管它们的宿主已经死亡，但仍能找到自己的路，并增强其他病原体的抵抗力。
由莱斯大学环境工程师Pedro Alvarez领导的研究小组，正在利用分子印迹石墨氮化碳纳米片来吸收和分解这些存在于污水处理系统废水中的遗传残留物，在它们能够进入并感染其他微生物之前。
在他们的研究中，科学家们把重点放在了新德里金属-内酰胺酶1 (NDM1)质粒编码的耐药基因(ARG)上，该基因可耐多种药物。当处理过的纳米薄片在溶液中与ARGs结合并暴露在紫外线下时，它们杀死遗传残留物的能力比单独使用石墨化氮化碳强37倍。
这项研究是在以水稻为基础的纳米系统工程研究中心(NEWT)的指导下进行的，研究结果发表在《环境科学与技术》(Environmental Science and technology)杂志上，该杂志是美国化学学会(American Chemical Society)的期刊。
这项研究解决了一个日益令人担忧的问题，即被称为超级细菌的耐多药细菌的出现。预计到2050年，这些疾病每年将导致1000万人死亡。作为一名环境工程师，我担心一些水利设施可能藏有超级细菌。例如，我们研究的天津的一个污水处理厂是一个繁殖地，每进一株ndm1阳性菌株排出五株。曝气池就像一个豪华酒店，所有的细菌都在这里生长。
佩德罗·阿尔瓦雷斯，莱斯大学环境工程师
阿尔瓦雷斯也是纽特中心的主任。
Alvarez继续说:“不幸的是，一些超级细菌能够抵抗氯化反应，而那些已经死亡的耐药细菌会释放细胞外的ARGs，这些ARGs在接受细菌的环境中被粘土稳定下来，然后转化为本地细菌，成为耐药的宿主。这强调了技术创新的必要性，以防止细胞外抗体的排放。
“在这篇论文中，我们讨论了一种诱捕-快速杀伤策略来摧毁细胞外抗体。我们的策略是使用分子印迹涂层，以提高选择性和减少背景有机化合物的干扰，”他补充说。
分子印迹就像制造一把锁，吸引一把钥匙，类似于天然酶的结合位点只能容纳精确形状的分子。在本研究中，石墨化的氮化碳分子被用作光催化剂，或称为锁相剂，专门用于吸收并随后破坏NDM1。
为了制造这种催化剂，科学家们首先在纳米薄片的边缘涂上一层嵌有鸟嘌呤、甲基丙烯酸和聚合物的涂层。
“鸟嘌呤是最容易氧化的DNA碱基，”阿尔瓦雷斯补充说。鸟嘌呤然后用盐酸清洗，盐酸会留下鸟嘌呤的印记。这是环境DNA (eDNA)的选择性吸附位点。
据莱斯大学的研究生、该研究的共同作者张丹宁(音)说，选择氮化碳作为基底纳米薄片是因为它很容易获得。它也是非金属的，因此使用起来更安全。
Alvarez观察到，所有的催化剂都可以有效地从蒸馏水中去除ARGs，但是它们的效果不如从污水处理厂的二次废水中去除有机物和固体后得到的效果好。
在二次出水中，有活性氧清除剂和其他抑制性化合物。这种诱捕-灭活策略显著地提高了eDNA基因的去除率，明显优于商业光催化剂。
佩德罗·阿尔瓦雷斯，莱斯大学环境工程师
该团队写道，传统的消毒过程，如紫外线辐射和污水处理厂使用的氯化，在消除耐抗生素微生物方面是中等有效的，但在消除ARGs方面相对无效。研究人员希望他们的新技术可以大规模应用。
张表示，实验室还没有对其他ARGs进行详细的测试。“既然鸟嘌呤是DNA的一个常见组成部分，因此ARGs，这种方法也应该有效地降解其他eARGs，”他补充说。
尽管最初取得了显著的成功，但仍有改进现有进程的余地。
我们还没有尝试优化光催化材料或处理工艺。我们的目标是提供概念上的证明，即分子印迹可以提高光催化过程对目标物的选择性和有效性。
张丹宁，莱斯大学研究生，研究报告的共同作者
中国南京工业大学的袁庆斌是这项研究的共同作者。其他合著者包括莱斯大学的研究生Ruonan Sun和Hassan Javed，以及休斯顿麦戈文医学院的德克萨斯大学健康科学中心的血液学助理教授Gang Wu。
余平峰是这项研究的共同通讯作者，也是莱斯大学的博士后研究员。阿尔瓦雷斯是乔治·r·布朗大学土木与环境工程学教授，同时也是化学、化学与生物分子工程学教授。
本研究由国家科学基金和国家自然科学基金资助。
