光催化抑制水生环境抗生素耐药菌群中多重耐药菌的出现

背景：在真实的水生环境中，细菌通常以多种不同种属进行组合形成群落，而不是以单物种的形式存在。与单一菌种相比，细菌群落更为复杂，不同菌株或不同ARGs之间存在一定的社会关系。光催化技术作为一种绿色高级氧化技术，在微生物消毒领域受到了广泛的关注。然而，目前关于复合抗生素耐药菌群（ARBC）的光催化灭活，以及ARBC对光催化的响应机制尚未被阐释清楚。

主要结果：

研究结果发现，在第一轮光催化循环灭活之后，由于ARGs的水平转移，大部分多重耐药菌（MDRB）均可以检测到，但是多样性相比较于培养条件下有所削减。细菌中ARGs的种间转移或转移后ARB的多样性在一定程度上受到光催化灭活的限制。高强度的光催化会对细菌造成严重的损伤，并阻碍ARGs在细菌之间的接合转移。随着循环灭活次数的增加，ARB的多样性同样逐渐减小，大部分MDRB更早地被彻底消除。

图1. 混合菌群在(a) LB培养和(b)光催化刺激条件下的ARB多样性变化

光催化循环灭活30天后，头孢噻肟（CTX）单耐菌的去除率达到99%，多粘菌素B（PB）和卡那霉素（KAN）单耐菌的去除率达到99.9%，四环素（TET）和庆大霉素（GEM）单耐菌的去除率均大于99.999%。去除率的不同可能与不同ARGs的耐药机制具有一定的关系。然而，与单耐药菌株相比，MDRB在循环灭活30天后几乎全部消失，这表明单耐药菌株之间的ARG流动被阻断。

图2.LB培养和(b)光催化循环灭活后的单耐药菌株的ARG维持率

CTX和PB的总体丰度水平在经过30天的培养之后几乎没有出现明显的变化。体系中CTX和PB耐药的ARB数量在不断减少，但是其对应的ARGs始终稳定地存在于体系当中，表明了ARB的消除并不等于ARGs的消除。在受到光催化刺激培养之后，TET和GEM的丰度出现了急剧下降。ARBC体系中不同的ARGs往往表现出不一样的变化趋势。KAN的丰度在经过30天的培养之后出现了轻微下降。然而，在光催化刺激下，KAN的丰度反而有所增加。

图3.在LB和光催化刺激培养阶段菌群中不同ARGs的丰度变化

主要结论：在光催化循环灭活期间，ARBC发生了一系列抗生素耐药谱变化。研究发现光催化可以阻断ARGs的种间水平转移，减少了ARBC中抗生素耐药性的多样性，消除了水生环境中的大多数MDRB和ARGs。此外，光催化技术可以以不同的方式改变ARBC中不同类型的抗生素耐药性，在细菌群落水平上，光催化可以抑制水生环境ARBC中MDRB的滋生。

论文链接：https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acs.est.4c06752