基于细菌-病毒相互作用去除废水中诺如病毒的新策略

诺如病毒是全球急性胃肠炎的主要病原之一，它对环境有很强的抵抗力。紫外线或氯消毒都不能有效灭活病毒。污水是诺如病毒流行的传播源之一。在病症消失后数周内，患者仍可传播大量病毒颗粒，病毒颗粒通过排泄物或呕吐物排入天然水体或下水道中，在一些污水处理厂无法完全消灭污水中的诺如病毒颗粒，处理后仍带有一定量的病毒负荷量，排入天然水体后对环境造成污染，引起新的一轮传播。组织血型抗原(HBGAs)目前被认为是HuNoV的细胞受体，可以作为游离抗原存在于粘膜上皮细胞或血液和唾液中。是一种复杂的多糖化合物，在自然界中存在多种与HBGA结构相似的类似物，可以吸附NoV，保护NoV免受伤害。在《A novel strategy for norovirus removal from wastewater based on bacterial-viral interactions》Zhendi Yu等人分离出了多食鞘氨醇杆菌(Sphingobacterium multivorum)，利用多食鞘氨醇杆菌吸附废水中的HuNoV，探索了一种基于细菌-病毒相互作用的去除HuNoV的新方法。建立了废水诺瓦克病毒脱除的新工艺，为废水病毒脱除提供了新的思路。

作者采用响应面法对吸附工艺进行优化，并通过透射电镜、单糖分析、分子对接等手段探讨吸附效果。

1.首先作者通过将多食鞘氨醇杆菌与没有HBGA类似物的大肠杆菌进行对比，与不同型的诺如病毒混合孵育。通过RT-PCR检测对NoV的吸附能力。如图1.多食鞘氨醇杆菌的吸附能力显著高于大肠杆菌。之后通过采用响应面法(RSM)对多孢霉对HuNoV的吸附pH、温度和时间进行优化。如图2.根据回归方程预测HuNoV的最佳吸附条件为:吸附pH为8.387.吸附温度为25.001℃，吸附时间为1.3253 h，此时HuNoV的吸附效率最高，达到2.738 log。

2. 由于诺如病毒无法培养，于是采用鼠诺如病毒和杜兰病毒测试多食鞒氨醇杆菌对诺如病毒类似物的吸附能力(图3A)。为了可视化吸附结果，HuNoV与细菌孵育后的透射电镜图transmission electron microscope ，TEM)像显示病毒颗粒附着在细菌的外EPS(Extracellular polymers of S.multivorum) (图3C)。为了进一步验证了TEM观察结果。去除细菌EPS，检测细菌对HuNoV、MNV和TV的吸附能力(图3A)。结果表明，去除EPS后，多食鞒氨醇杆菌对病毒的吸附能力显著降低(p < 0.001)。同时，提取了多食鞒氨醇杆菌的EPS，并验证了EPS对病毒的吸附能力(图3B)。

3. HBGAs被发现是HuNoV的结合受体，因此假设细菌EPS中存在与HBGAs结构相似的物质。本研究采用HBGAs单克隆抗体ELISA法检测EPS以PGM(porcine gastric mucin，猪胃粘蛋白)为阳性对照，大肠杆菌EPS为阴性对照。如图4所示。结果表明，多食鞒氨醇杆菌的EPS中存在与A型、B型和Lewis A型HBGAs结构相似的物质，可能是多食鞒氨醇杆菌吸附HuNoV的效应分子。

4.进一步分析，HBGAs类似物本质上是多糖物质，其主要糖成分为fucose。探索了HuNoV与HBGAs类似物相互作用的对接模式。小分子与蛋白质受体之间的结合能越高，形成的复合物就越稳定。选择结合能最高的对接结果，用PyMOL 2.0.6进行分析。结果表明，焦点主要与GII.4诺如病毒P结构域蛋白中的THR278、GLU453和SER456氨基酸形成氢键相互作用(图5)。

参考文献：

1. Yu Z, Shao Q, Liu Z, et al. A novel strategy for norovirus removal from wastewater based on bacterial-viral interactions. Environmental Technology & Innovation. 2024;35:103643.