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南京大学李爱民教授团队发现含有季铵盐(AMRs-QAS)的抗菌树脂在减少抗性基因及耐药菌的作用

文章信息:

Antimicrobial resins with quaternary ammonium salts as a supplement to combat the antibiotic resistome in drinking water treatment plants

Fangyu Chang, Shanqi Shen, Peng Shi, Huaicheng Zhang, Lin Ye, Qing Zhou, Yang Pan, Aimin Li

DOI: https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2019.01.047

 

研究背景

饮用水中越来越多的病原体和抗生素抗性基因(Args)已成为全球最具挑战性的健康威胁之一。因此,饮用水处理厂(DWTP)中的常规消毒策略需要进一步优化以减少抗生素耐药性。我们的研究表明含有季铵盐(AMRs-QAS)的抗菌树脂在减少DWTPS中相对耐氯或耐紫外线消毒的特定潜在病原体方面具有巨大潜力。

 

方法

饮用水处理:AMRS-QAS、氯气和紫外线消毒。通过电镜观察树脂除菌情况,测量处理前后的菌活率,再通过qPCR对样品中菌浓度和抗性基因进行定量,并对数据进行分析。

 

结果

在源水中共检测到30种选定的ARG中的15种,以及4种选定的潜在病原体,包括铜绿假单胞菌,枯草芽孢杆菌,大肠杆菌和金黄色葡萄球菌。

1AMRs-QAS消除细菌悬浮液中的细菌

 

 

1含有季铵盐的抗微生物树脂对灭菌生理盐水溶液中的大肠杆菌(A),铜绿假单胞菌(B),枯草芽孢杆菌(C)和金黄色葡萄球菌(D)纯培养物的细菌消除动力学

2、AMRs-QAS的潜在细菌消除机制

电子显微镜和荧光技术的综合分析显示AMR - QAS的抗菌能力主要通过细菌吸附和细胞膜解离进行。

 

2 通过扫描电子显微镜拍摄枯草芽孢杆菌(A),NDMP树脂(B),MIEX树脂(C), NDMP和枯草芽孢杆菌(D)的缀合物,以及MIEX和枯草芽孢杆菌(E)的缀合物的图像。红色箭头表示附着在材料表面的细菌。

3AMRs-QAS对饮用水中潜在病原体的影响

AMRs-QAS0.2 mg / L氯偶联后,对于饮用水中所有检测到的病原体和ARG的去除效率氯化(2 mg / L)或紫外线消毒(400 mJ cm-2)更高,并显着降低了铜绿假单胞菌,枯草芽孢杆菌,大肠杆菌以及所有检测到的ARG的相对丰度(p <0.05)。

 

3采用实时定量聚合酶链反应对饮用水样品中不同消毒策略后的革兰氏阴性菌(a)包括大肠杆菌、铜绿假单胞菌和革兰氏阳性菌(b)包括枯草芽孢杆菌和金黄色葡萄球菌的浓度进行定量测定。

 

4、抗生素抗性组与潜在病原体之间的关联

 

4不同消毒策略处理的饮用水样品中抗生素抗性基因(ARGs)的绝对丰度。

 

 

5基于相关分析,对所有饮用水样本中Argsa)、Args与潜在病原体(b)共现模式进行网络分析。

 

结果总结

AMRS-QAS与低剂量的氯耦合,可以提高饮用水处理过程中氯和紫外线消毒的积极作用,同时避免消极影响,并且在对抗某些特定病原体及其携带的ARG方面非常有效。