Диэнай
Pulsing
Удаление устойчивых к антибиотикам бактерий из сточных вод недостаточно для устранения рисков, которые эти организмы представляют для общества. Эти бактерии оставляют после себя остатки, которые также должны были быть уничтожены.
В Университете им. Брауна при Университете Райса ученые разработали новый метод «захвата и захвата» генов, устойчивых к антибиотикам. Эти гены представляют собой кусочки бактерий, которые, несмотря на смерть своих хозяев, все же могут найти свой путь и повысить устойчивость других патогенных микроорганизмов.
Исследовательская группа, возглавляемая Педро Альваресом, инженером-экологом в Университете Райса, использует нанолисты графитного нитрида углерода с молекулярным отпечатком для поглощения и разложения этих генетических остатков, присутствующих в сточных водах канализационной системы, прежде чем они смогут проникнуть и инфицировать другие микроорганизмы.
В своем исследовании ученые сосредоточились на кодировании плазмидой антибиотикорезистентных генов (ARG), кодирующих нью-делийскую металло-бета-лактамазу 1 (NDM1), которая устойчива ко многим лекарствам. Когда обработанные нанолиты объединяли в растворе с ARG и подвергали воздействию ультрафиолетового света, они убивали генетические остатки в 37 раз по сравнению с одним графитовым нитридом углерода.
Исследование, которое проводилось под руководством Исследовательского научно-исследовательского центра наносистем на основе риса для обработки воды с применением нанотехнологий (NEWT), было описано в Environmental Science and Technology —a журнал от Американского химического общества.
Это исследование направлено на растущую обеспокоенность появлением бактерий с множественной лекарственной устойчивостью, известных как супербаги. По прогнозам, к 2050 году они приведут к 10 миллионам ежегодных смертей. Как инженер-эколог, я беспокоюсь о том, что в некоторой водной инфраструктуре могут быть супербуки. Например, завод по очистке сточных вод в Тяньцзине, который мы изучали, является питательной средой, выпускающей пять NDM1-позитивных штаммов для каждого входящего. Аэротенк похож на роскошный отель, где растут все бактерии.
Педро Альварес, инженер-эколог, Университет Райса
Альварес также является директором Центра NEWT.
Альварес продолжил: « К сожалению, некоторые супербуки сопротивляются хлорированию, а устойчивые бактерии, которые умирают, выделяют внеклеточные ARG, которые стабилизируются глиной в принимающей среде и трансформируют местные бактерии, становясь резистомными резервуарами. Это подчеркивает необходимость технологических инноваций для предотвращения выделения внеклеточных ARG .
« В этой статье мы обсуждаем стратегию ловушек и уничтожений внеклеточных ARG. Наша стратегия заключается в использовании молекулярно-импринтированных покрытий, которые повышают селективность и минимизируют влияние фоновых органических соединений », – добавил он.
Молекулярный импринтинг подобен созданию замка, который притягивает ключ, аналогично природным ферментам с сайтами связывания, которые вмещают только молекулы точной формы. В этом исследовании молекулы графитового нитрида углерода служат фотокатализаторами или замком, которые приспособлены для поглощения и последующего разрушения NDM1.
Для производства катализатора ученые сначала покрыли края нанолиста встроенным гуанином, метакриловой кислотой и полимером.
« Гуанин является наиболее легко окисленным основанием ДНК », – добавил Альварес. Затем гуанин промывают соляной кислотой, которая оставляет свой отпечаток. Это служит местом селективной адсорбции для окружающей ДНК (eDNA) . »
По словам Даннинга Чжанга, аспиранта в Университете Райса и соавтора исследования, нитрид углерода был выбран для базовых нанолистов, потому что он легко доступен. Он также неметаллический и поэтому безопаснее в использовании.
Альварес заметил, что все катализаторы могут эффективно удалять ARG из дистиллированной воды, но они не так эффективны, как во вторичных сточных водах – продукте очистных сооружений, получаемых после удаления органических соединений и твердых веществ.
Во вторичном стоке у вас есть активные нейтрализаторы кислорода и другие ингибирующие соединения. Эта стратегия «лови и запирай» значительно улучшает удаление гена eDNA, явно превосходя коммерческие фотокатализаторы.
Педро Альварес, инженер-эколог, Университет Райса
Команда написала, что традиционные процессы дезинфекции, такие как ультрафиолетовое излучение и хлорирование, применяемые на очистных сооружениях, в меру эффективны для уничтожения устойчивых к антибиотикам микроорганизмов, но сравнительно неэффективны для уничтожения ARG. Исследователи надеются, что их новая методика может быть адаптирована в больших масштабах.
Чжан заявил, что лаборатории еще предстоит провести сложные испытания на других ARG. « Поскольку гуанин является общей составляющей ДНК и, следовательно, ARG, этот подход должен также эффективно ухудшать другие eARG », – добавил он.
Несмотря на замечательный первоначальный успех, существует возможность улучшить существующий процесс.
Мы еще не пытались оптимизировать фотокаталитический материал или процесс обработки. Наша цель состоит в том, чтобы предложить концептуальное подтверждение того, что молекулярный импринтинг может повысить селективность и эффективность фотокаталитических процессов для нацеливания eARG.
Даннинг Чжан, соавтор исследования и аспирант, Университет Райса
Цинбин Юань из Нанкинского технического университета, Китай, является соавтором исследования. Другими соавторами являются аспиранты Руонан Сан и Хасан Джавед из Университета Райса, а также Ганг Ву, доцент кафедры гематологии из Центра наук о здоровье Университета Техаса в Медицинской школе Макговерна в Хьюстоне.
Пинфэн Ю является соавтором исследования, а также научным сотрудником в Университете Райса. Альварес – профессор гражданского строительства и инженерных наук Джорджа Р. Брауна, а также профессор химии, химического и биомолекулярного инжиниринга.
Исследование было поддержано Национальным научным фондом и Национальным фондом естественных наук Китая.
Источник: http://www.rice.edu/