光催化作用和纳米约束效应协同高效去除ARB/ARGs的重要成果

随着抗生素的滥用以及不正确的处置方式，推动了抗生素抗性细菌（ARB）及其抗性基因（ARGs）的发生、生长和繁殖，严重威胁了人类的生命安全并造成沉重的财政负担。因此，找到一种安全有效且对环境友好的方法来去除生态环境中的ARB和ARGs，降低其传播风险显得至关重要。光催化技术因其高效、无二次污染得到研究者的青睐。但大多数光催化材料对远离活性位点的胞外抗性基因（e-ARGs）的去除仍然没有较好的效果。为了解决这一问题，西南科技大学环境友好能源材料国家重点实验室（环境与能源催化课题组）熊昆副教授，王骏教授，朱潇锋特聘教授，联合四川农业大学和西南科技大学生命学院，首次提出利用特殊的纳米约束效应绑定e-ARGs从而提高活性氧物种利用效率的新策略，并对ARB/ARGs的失活机制进行了深入的研究。目前，该研究成果发表在国际顶级期刊《Applied Catalysis B: Environment and Energy》（IF=22.1），硕士研究生余苗为第一作者，熊昆副教授为通讯作者。

在这项工作中，以Zn-Al-Zr LDHs/GO为活性光催化剂，构建了高效去除ARB/ARGs的纳米约束光催化体系。与传统纳米约束效应相比，Zn-Al-Zr LDHs/GO通过吸附磷酸分子实现了独特的纳米约束效应，避免了背景组分的干扰，提高了ARB和ARGs的去除效率。在全波长光照射下50分钟即可使6.53 log₁₀ CFU/mL的卡那霉素耐药性大肠杆菌彻底失活。同时，检测到Zn-Al-Zr LDHs/GO表面的卡那霉素耐药性基因的局部浓度显著增加，导致其对卡那霉素耐药性基因的去除能力增强(4.70 log₁₀ copies/mL)。并且，光催化处理后的卡那霉素耐药性基因对细菌的感染力降至0.3 log₁₀ CFU/mL，表明其传播风险得到有效控制。此外，差异蛋白质组学研究进一步表明，¹O₂极大地破坏了卡那霉素耐药性大肠杆菌的呼吸链，导致三磷酸腺苷产量下降，DNA连接酶和聚合酶蛋白表达下调，DNA修复蛋白表达被完全抑制，说明卡那霉素耐药性基因的转录过程被全面抑制。该成果为有效去除ARB和ARGs提供了新的策略。

Title: A Zn-Al-Zr Layered Double Hydroxide/Graphene Oxide Nanocomposite Enables Rapid Photocatalytic Removal of Kanamycin-resistance Bacteria and Genes via Nano-confinement Effects

中文：Zn-Al-Zr层状双氢氧化物/氧化石墨烯纳米复合材料通过纳米限制效应实现了卡那霉素耐药性细菌和基因的快速光催化去除

论文链接： https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2024.123922