[發明專利]一種水中胞外抗生素抗性基因的去除方法

有效

• 申請號: 202211148443.6
• 申請日: 2022-09-20
• 公開（公告）號: CN115417510B
• 公開（公告）日: 2023-07-04
• 發明（設計）人: 鄭冠宇;李昉娟;周立祥
• 申請（專利權）人: 南京農業大學
• 主分類號: C02F3/34
• 分類號: C02F3/34;C12N1/20;C12R1/19;C12R1/01;C12R1/40
• 代理公司: 江蘇瑞途律師事務所 32346
• 代理人: 李童

本發明公開了一種水中胞外抗生素抗性基因的去除方法，屬于環境治理領域。該方法是向水中添加細胞裂解物，尤其是大腸桿菌的細胞裂解物，細胞裂解物中包括核糖核苷酸外切酶I、核糖核苷酸外切酶Ⅲ和DNA拓撲異構酶I等多種酶，可以降解胞外抗生素抗性基因。此外，針對細胞裂解物在水溶液中穩定性差、水成分復雜容易使細胞裂解物中酶失活等問題，本發明提供了聚丙烯酰胺(PAM)水凝膠固定化的細胞裂解物，對細胞裂解物進行保護，能夠有效削減污水中的胞外抗生素抗性基因，并且可以重復利用。

技術領域

本發明屬于環境治理技術領域，具體涉及一種水中胞外抗生素抗性基因的去除方法。

背景技術

抗生素廣泛應用于醫療、水產養殖和畜牧業，極大地促進了人類健康和農業生產。但抗生素的過度使用和濫用不可避免使未被利用的抗生素進入環境中，誘導和加速了抗生素抗性菌(Antibiotic?resistant?bacteria，ARB)和抗生素抗性基因(Antibioticresistance?genes，ARGs)產生。抗生素抗性(Antimicrobial?resistance，AR)日益嚴重。世界衛生組織(WHO)強調抗生素抗性具有復雜性、多面性，是人類社會發展面臨的重大威脅之一。直到2006年，ARGs才被公認為新興環境污染物。

環境中ARGs主要以胞內DNA和胞外DNA兩種形式存在，胞內抗生素抗性基因(Intracellular?antibiotic?resistance?genes,iARGs)主要存在ARB體內的染色體或可移動遺傳元件(Mobile?genetic?elements,MEGs)上，胞外抗生素抗性基因(Extracellularantibiotic?resistance?genes,eARGs)一般存在于環境中的MEGs或裸露于環境介質中。iARGs通過接合和轉導的方式促進ARB的增殖，而eARGs常通過轉化被細菌吸收從而促進抗生素抗性基因的傳播。

目前，eARGs的風險日趨顯著，在諸多環境中均被檢測到。據報道畜禽糞便中eARGs豐度高達1.7×10³～4.2×10⁸copies/g干污泥。經過不同調理方式(如生物瀝浸等)等方法雖可高效去除污泥中iARGs，而氨基糖苷類和四環素等類eARGs豐度仍高達10⁷copies/L。類似地，污水處理廠中膜生物反應器處理后的出水中檢測到的eDNA含量為4.2ng/mL。消毒是去除污染物從而提高污水處理廠二級出水質量的重要單元，而有研究發現經過消毒處理后，eARGs豐度還出現上升趨勢。

已有大量研究評估了不同方法對水中ARGs的去除，主要涉及物理法(如混凝等)、化學法(如氧化、芬頓、光催化等)、物理-化學聯合法(如UV輻射、電離輻射等)和生物法(如膜生物反應器和人工濕地等)等。某些混凝劑可以有效去除ARGs，如聚合氯化鋁，但去除效率跟混凝劑投加劑量顯著相關，成本較高，不具有經濟可行性。而對于臭氧氧化等化學處理，如vanA和blaVIM經O₃處理后相對豐度提高，O₃消毒對ARGs處理效果受臭氧濃度、接觸時間、pH、懸浮物以及腐殖酸濃度等多種因素的影響，由于其傳質速率有限且水溶性低，O₃實際利用率并不高。某些光介導的高級氧化雖然可以有效移除ARGs，例如UV/H₂O₂、UV/TiO₂、光催化以及光芬頓對ARGs的去除為0.83-5.59logs，但成本較高。基于UV的光催化耗能較高，同時廢水的濁度抑制UV穿透。UV消毒過程不會產生消毒副產物，對環境友好，但有研究表明常規UV消毒劑量對四環素類、磺胺類、紅霉素類等多種抗性基因均無去除效果。膜生物反應器和人工濕地去除ARGs的效率受運行參數限制，包括水力停留時間和水力負荷等，同時污染膜中可溶性微生物產物和胞外聚合物濃度對ARGs的去除有很大影響。在人工濕地處理中，植物種類、種植模式和濕地類型均會造成一定的影響。盡管目前已經有很多技術可以在一定程度上緩解ARGs的傳播，但每種方法的局限性也是不言而喻。同時，大多數研究主要集中于現有處理技術，而沒有更多的關注技術的創新，基于生物法去除eARGs很少。