王允坤博士课题组在抗生素抗性基因控制方面取得新进展

2018-11-23

近日,山东大学环境科学与工程学院王允坤博士课题组在抗生素类污染物强化去除及耐药基因控制等方面的研究取得重要进展。相关结果在环境科学与生态学领域两大顶级期刊《Environmental Science & Technology》(IF=6.653)和《Water Research》(IF=7.051)上发表。课题组的研究在国家自然科学基金资助下完成,并得到山东大学微生物技术研究院、Colorado State University和Yale University等合作单位的大力支持。

抗生素的大量使用已造成严重的生态环境污染,在长期的抗生素选择压力下,污水处理系统中细菌耐药性问题愈发突出,“超级细菌”问题频见报道,严重威胁生态环境安全及人类健康。进一步强化水体中抗生素类污染物的去除,深入了解细菌耐药性产生及传播机制并开发有效的耐药基因去除措施势在必行。然而,传统的污水处理方法对环境中抗生素类难降解污染物去除效果并不理想,明晰该类污染物的去除机制及实现对耐药细菌及耐药基因的有效控制仍然是一个巨大的挑战。

课题组以生物电化学系统为着眼点,对水体中抗生素类难降解污染物的强化去除机制及相关耐药基因的归趋等方面进行深入探究。在此基础上进一步开发新型膜过滤分离技术,实现对实际城市污水处理系统中耐药基因传播的有效控制。

课题组成员硕士研究生任少杰等研发了基于二氧化钛负载的聚偏氟乙烯超滤膜光催化膜过滤体系。利用膜过滤技术有效地截留水体中耐药细菌和耐药基因,并在光催化氧化作用下,进一步降解去除膜表面截留的耐药基因。另一方面,该体系又能有效地去除膜污染,缓解膜过滤系统在实际应用中的膜污染问题。研究还进一步探讨了耐药基因的降解机制,发现了耐药基因分布位置的不同造成其在去除过程中难易程度有所差异,并强调位于质粒的耐药基因去除需要得到更多关注。美国化学会杂志《Chemical & Engineering News》以“Membrane knocks out antibiotic-resistant bacteria”为题进行专题报道(ISSN 0009-2347),认为该项研究体现了膜技术在耐药基因控制方面有着巨大的应用前景。

课题组还利用生物电化学系统实现了对氯霉素的强化去除,并明晰了相关耐药基因的变化机制。通过对氯霉素降解路径进行解析,揭示氯霉素降解过程中抗生素耐药基因演变与系统微生物群落变化紧密相关。微生物群落与抗性基因之间在外源条件胁迫下有着独特的演变及相互作用机制,群落结构变化是导致耐药基因丰度改变的重要影响因素。此系列研究对于深入了解耐药基因在环境中的传播机制,实现对细菌耐药性的有效控制起着重要作用。

王允坤博士课题组主要致力于新型膜分离材料和技术的开发、抗生素类难降解微污染物及耐药细菌、耐药基因的强化去除等方面研究。到目前为止,发表SCI论文38篇,其中多篇以第一作者/通讯作者发表在环境领域两大顶级期刊Environmental Science & Technology(3篇)和Water Research (3篇)上。

【供稿单位:环境学院    作者:马小芳 王英          选自山东大学官网】

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