莱斯大学的迈克·威廉姆斯 示意图显示了生产分子印迹石墨氮化碳纳米片的三步法
莱斯大学的研究人员开发的这种方法可以帮助捕捉和杀死在污水处理厂产生的二级污水中发现的自由漂浮的抗生素抗性基因
学分:张/莱斯大学 仅仅从废水中去除抗生素抗性细菌来消除它们给社会带来的风险是不够的
他们留下的碎片也必须被销毁
莱斯大学布朗工程学院的研究人员有了一种新的策略来“捕获和消灭”抗生素抗性基因，这种细菌的碎片，即使它们的宿主已经死亡，也能找到进入并增强其他细菌的抗性
莱斯环境工程师佩德罗·阿尔瓦雷斯(Pedro Alvarez)领导的团队正在使用分子印迹石墨氮化碳纳米片来吸收和降解污水系统废水中的这些遗传残留物，以免它们侵入和感染其他细菌
研究人员瞄准了质粒编码的抗生素抗性基因(ARG)，该基因编码新德里金属β-内酰胺酶1 (NDM1)，已知可抵抗多种药物
当与精氨酸溶液混合并暴露在紫外光下时，经处理的纳米片在破坏基因方面比单独的石墨氮化碳好37倍
这项由基于大米的纳米技术水处理纳米系统工程研究中心(NEWT)主持的工作在美国化学学会期刊《环境科学与技术》中有详细介绍
纽特中心主任阿尔瓦雷斯说:“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多药耐药细菌的出现。”
“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，我担心一些水利基础设施可能会滋生超级细菌，”他说
“例如，我们研究过的天津的一家污水处理厂是一个滋生地，每进来一个，就会排放出五个NDM1阳性菌株
曝气池就像一个所有细菌都生长的豪华酒店
“不幸的是，一些超级细菌能抵抗氯化，而死亡的抗性细菌会释放细胞外的精氨酸，这些精氨酸在接受环境中被粘土稳定，并转化本土细菌，成为抗性宿主
这强调了技术创新的必要性，以防止细胞外精氨酸的排放
“在这篇论文中，我们讨论了一种破坏细胞外精氨酸的诱捕-消灭策略
我们的策略是使用分子印迹涂层，以提高选择性并最大限度地减少背景有机化合物的干扰
" 左边的扫描电子显微镜图像显示了分子印迹石墨氮化碳纳米片的介孔结构
右图中，透射电子显微镜图像显示了薄片的边缘及其晶体结构
莱斯大学的研究人员在纳米片上印上印记，以捕捉并杀死在污水处理厂产生的二级废水中发现的自由漂浮的抗生素抗性基因
学分:阿尔瓦雷斯研究小组/莱斯大学 分子印迹就像制造一把能吸引钥匙的锁，不像天然酶的结合位点只适合正确形状的分子
对于这个项目，石墨氮化碳分子是锁，或光催化剂，定制吸收，然后摧毁NDM1
为了制造催化剂，研究人员首先在纳米片的边缘涂上聚合物、甲基丙烯酸和嵌入的鸟嘌呤
“鸟嘌呤是最容易氧化的脱氧核糖核酸碱基，”阿尔瓦雷斯说
“然后用盐酸清洗鸟嘌呤，留下它的印记
这是一个环境脱氧核糖核酸的选择性吸附位点(埃德娜)
" 莱斯大学的研究生张是这篇论文的主要作者之一，他说之所以选择氮化碳作为纳米片的基底，是因为它是非金属的，因此使用起来更安全，而且容易获得
阿尔瓦雷斯指出，所有的催化剂都能有效地去除蒸馏水中的ARGs，但在去除固体和有机化合物后的污水处理厂的二级流出物中的效果却差得远
“在二级流出物中，有活性氧清除剂和其他抑制化合物，”阿尔瓦雷斯说
“这种诱捕-消灭策略显著增强了埃德娜基因的去除，明显优于商业光催化剂
" 研究人员写道，污水处理厂使用的传统消毒方法，包括氯化和紫外线辐射，在去除抗生素抗性细菌方面效果一般，但在去除精氨酸方面相对无效
他们希望他们的战略可以在工业规模上进行调整
张说实验室还没有对其他arg进行广泛的测试
“因为鸟嘌呤是脱氧核糖核酸的一种常见成分，因此精氨酸，这种方法也应该能有效地降解其他氨基酸，”他说
尽管目前的进程取得了非凡的初步成功，但仍有改进的余地
“我们还没有尝试优化光催化材料或处理过程，”张说
“我们的目标是提供一个概念证明，即分子印迹可以增强光催化过程的选择性和功效，从而靶向eARGs
" 中国南京理工大学的袁庆斌是这篇论文的共同作者
合著者包括莱斯大学研究生孙若男和哈桑·贾韦德，以及休斯顿麦戈文医学院德克萨斯大学健康科学中心血液学助理教授吴刚
余，，莱斯大学博士后研究员，合著
阿尔瓦雷斯是乔治·雷
布朗，土木与环境工程教授，化学、化学和生物分子工程教授
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