王允坤博士課題組在抗生素抗性基因控制方面取得新進展

2018-11-23

近日，山東大學環境科學與工程學院王允坤博士課題組在抗生素類污染物強化去除及耐藥基因控制等方面的研究取得重要進展。相關結果在環境科學與生態學領域兩大頂級期刊《Environmental Science & Technology》(IF=6.653)和《Water Research》(IF=7.051)上發表。課題組的研究在國家自然科學基金資助下完成，并得到山東大學微生物技術研究院、Colorado State University和Yale University等合作單位的大力支持。

抗生素的大量使用已造成嚴重的生態環境污染，在長期的抗生素選擇壓力下，污水處理系統中細菌耐藥性問題愈發突出，“超級細菌”問題頻見報道，嚴重威脅生態環境安全及人類健康。進一步強化水體中抗生素類污染物的去除，深入了解細菌耐藥性產生及傳播機制并開發有效的耐藥基因去除措施勢在必行。然而，傳統的污水處理方法對環境中抗生素類難降解污染物去除效果并不理想，明晰該類污染物的去除機制及實現對耐藥細菌及耐藥基因的有效控制仍然是一個巨大的挑戰。

課題組以生物電化學系統為著眼點，對水體中抗生素類難降解污染物的強化去除機制及相關耐藥基因的歸趨等方面進行深入探究。在此基礎上進一步開發新型膜過濾分離技術，實現對實際城市污水處理系統中耐藥基因傳播的有效控制。

課題組成員碩士研究生任少杰等研發了基于二氧化鈦負載的聚偏氟乙烯超濾膜光催化膜過濾體系。利用膜過濾技術有效地截留水體中耐藥細菌和耐藥基因，并在光催化氧化作用下，進一步降解去除膜表面截留的耐藥基因。另一方面，該體系又能有效地去除膜污染，緩解膜過濾系統在實際應用中的膜污染問題。研究還進一步探討了耐藥基因的降解機制，發現了耐藥基因分布位置的不同造成其在去除過程中難易程度有所差異，并強調位于質粒的耐藥基因去除需要得到更多關注。美國化學會雜志《Chemical & Engineering News》以“Membrane knocks out antibiotic-resistant bacteria”為題進行專題報道(ISSN 0009-2347)，認為該項研究體現了膜技術在耐藥基因控制方面有著巨大的應用前景。

課題組還利用生物電化學系統實現了對氯霉素的強化去除，并明晰了相關耐藥基因的變化機制。通過對氯霉素降解路徑進行解析，揭示氯霉素降解過程中抗生素耐藥基因演變與系統微生物群落變化緊密相關。微生物群落與抗性基因之間在外源條件脅迫下有著獨特的演變及相互作用機制，群落結構變化是導致耐藥基因豐度改變的重要影響因素。此系列研究對于深入了解耐藥基因在環境中的傳播機制，實現對細菌耐藥性的有效控制起著重要作用。

王允坤博士課題組主要致力于新型膜分離材料和技術的開發、抗生素類難降解微污染物及耐藥細菌、耐藥基因的強化去除等方面研究。到目前為止，發表SCI論文38篇，其中多篇以第一作者/通訊作者發表在環境領域兩大頂級期刊Environmental Science & Technology(3篇)和Water Research (3篇)上。