碳化钼强化电催化对抗生素抗性细菌灭活机理研究

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灭活抗生素抗性细菌(ARB)和去除抗生素抗性基因(ARGs)对于预防抗生素耐药性的传播至关重要。传统的消毒技术可以使ARB失活,但在此过程中不能忽视ARB的再生和ARGs的释放。因此,应该开发新的消毒技术来解决这一问题。本研究采用了一种新型的碳化钼负载电极(Mo2C)辅助电化学消毒(ED)处理工艺。建立的ED工艺能有效灭活多重抗性ARB(即携带卡纳霉素、氨苄青霉素和四环素抗性基因的大肠杆菌K-12 LE392),并对胞内ARGs(i ARGs)和胞外ARGs(e ARGs)以及细胞释放ARGs(Rleased ARGs)这三种形式的基因(包括tet A和bla TEM)降解情况进行了探究,从细胞结构、氧化应激、优势活性物质鉴定等方面进行机理阐释。具体如下:1、本研究制备出以不锈钢网(SS)为基底的Mo2C负载电极,并对其进行了SEM、EDS、XPS等表征。Mo2C负载电极表面均匀覆盖有质密蓬松的多孔物质,并且纳米纤维簇交错分布于其间。经检测,C、Mo两种元素的含量分别为3.14和4.25 wt%,并且钼元素以Mo2+、Mo4+和Mo6+的价态存在。电化学过程中·OH和·O2-的生成速率明显高于SS电极,呈现出良好的电催化性能。将其应用于消毒研究,观察到在2.0 V电压下,Mo2C负载电极辅助ED处理的15 min内,实现了5-log值ARB的去除。并且当初始菌溶液浓度小于108 CFU/m L时,该技术均能在30 min以内高效地灭活ARB。更重要的是,当处理结束后,将ARB置于培养皿中并提供营养介质时,并没有观察到ARB的再生,表明该过程永久地灭活了ARB。2、针对ARB所携带的ARGs与质粒编码的ARGs进行研究,观察到随着处理时间的延长,无论是i ARGs还是质粒编码的e ARGs均在不同程度上被降解,由于细胞结构的保护作用,e ARGs的降解速率要高于i ARGs。此外,从受损ARB中释放出来的e ARGs,在60 min内约减少0.59-log值,这支持了以ED处理工艺的广泛适用性。ED工艺在灭活ARB的过程中,对菌体的细胞膜产生破坏,增加细胞膜通透性,迫使ARB释放出细胞内容物,同时,增强诱导细胞更高程度的氧化应激,产生超负荷的活性氧(ROS)物质。通过活性物质鉴定试验发现,e-、H2O2和·O2-在ED处理的整个过程中起主导作用。综上所述,Mo2C辅助ED系统是一种有效控制耐药性的新型技术。
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