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[中國化工報]水污染抗性基因實現精準降解
時間：2020-04-10
來源：中國化工報
作者：朱琳
攝影： 編輯：
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采用DNA分子印跡結合光催化技術
“37倍!”在模擬污染物和實際污水中，南京工業大學環境學院袁青彬老師驚喜地發現，利用DNA分子印跡負載到氮化碳光催化材料表面，比沒有使用DNA分子印跡的氮化碳，能夠更好地降解抗性基因。
針對水污染中大量存在的抗性細菌及抗性基因，袁青彬和萊斯大學的研究人員合作，利用分子印跡能夠選擇性識別污染物的特征，開發了基于DNA分子印跡的抗性基因選擇性光降解技術，實現了99.9%的抗性基因降解效率。研究成果已被環境科學類環境科學與工程領域頂級期刊《環境科學與技術》接收，于近日在線刊出。
DNA分子印跡：
精準捕獲抗性基因
袁青彬和團隊成員在實驗中打破了傳統污染物降解中的“既定程序”，在對污染物進行降解之前，開發了一種選擇性識別污染物的DNA分子印跡技術，通過先找到水中的抗生基因，后進行精準降解，來提高降解效率。
作為一種新興污染物，抗性細菌及抗性基因已經成為全球關注的焦點。氯和紫外線等水處理消毒技術雖然能夠較為有效地殺滅抗性細菌，但并沒有從根本上消除抗藥性風險，抗性基因仍然保持活性。與此同時，氯和紫外等傳統消毒技術很容易受水中污染物干擾，不能有效去除抗性基因。
分子印跡技術在化學領域已經有較長的應用歷史，主要用于一些物質的檢測，在環境保護領域則較局限于對化學污染物的吸附。“我們這次要用它識別并去除生物性污染物——抗性基因。”據袁青彬介紹，人們常把抗生素作為添加劑注入病人和家禽家畜體內，久而久之，細菌對抗生素產生抗體，在DNA層面，細菌已經擁有這種抗性基因，而要捕捉到抗性基因這種生物大分子，必須找到一個通用結構。
基于DNA分子是由核苷酸組成，而核苷酸里面的堿基鳥嘌吟是最容易被氧化的一個堿基，又能夠識別所有帶堿基的分子，于是課題組成員便用鳥嘌呤作為制成分子印跡的模板。
光催化技術：
進行片段化降解
選擇、合成、邊緣氧化，另一邊，袁青彬和團隊又開始了對高級氧化技術中催化劑的選擇和提取，DNA分子印跡結合高級氧化技術，實驗走向了降解的過程。
據袁青彬介紹，光催化技術是一種高級氧化技術，它是通過輸入紫外或可見光，產生氧化能力很強的自由基，以此來破壞水中的污染物。光催化技術關鍵在于催化劑的選擇與合成。“金屬催化劑在水中會溶解成金屬離子，形成新的污染物，所以我們引入非金屬材料氮化碳作為催化劑。它的光吸收效率比較高，自然成為我們的首選。”袁青彬介紹說。
萊斯大學生物實驗室里，持續了6個月的實驗開始進行驗證階段。為了檢測DNA分子印跡的選擇性識別效應，袁青彬進行了兩組對比實驗：把負載鳥嘌吟印跡的氮化碳，與沒有負載鳥嘌吟印跡的氮化碳，分別放入加入抗性基因和其他污染物的水中，經過紫外光降解30分鐘，負載鳥嘌呤的氮化碳降解性能是99.9%，前者降解效率是后者的37倍。
另一組實驗則對比了負載鳥嘌呤的氮化碳與單純的光催化技術的降解效率，袁青彬用了光催化技術中最好、最成熟的材料二氧化鈦進行對比，結果顯示，前者是后者的1.7倍，后者受到水中其他污染物的干擾較大。
“降解”“捕獲”兩手抓：
城市污水處理新思路
“既要抓降解，也要抓捕獲”，2018年12月，14位環境光催化領域的頂級專家在同樣的期刊《環境科學與技術》上，開展了一場關于光催化技術實際應用問題的大討論，光催化的選擇性問題引起專家的關注;而在這之前的2018年11月，袁青彬團隊已經在實驗室開始了DNA分子印跡選擇并降解抗性基因的實驗。
“城市污水處理技術的發展離不開環境中抗性基因控制技術的深入。”袁青彬表示，他一直致力于抗性基因行為和控制技術的研究，每一點對于應用效率的提高都能為解決水污染提供新的參考。他們團隊做過紫外光去除抗性基因的項目，也做過光催化材料優化的項目，能否在污染物的降解程序上有所突破呢?具有“選擇性識別”特征的分子印跡一下子吸引了袁青彬和團隊成員的注意。
“目前我們正在對材料進行改進，以進一步提高DNA分子印跡的選擇性。”袁青彬介紹，他們團隊將繼續研究如何讓DNA分子印跡技術更好地應用到生活污水之外的工業污水和養殖污水中，并實現長期降解能力的增強。（朱琳）
《中國化工報》2020年4月10日第二版 http://ipaper.ccin.com.cn/papers/ccin/2020-04-10/page_2B/news_9f5676c3c2b74d851a493224d791bd84.html
《中化新網》2020年4月10日 http://www.ccin.com.cn/detail/0651b91830302beefb76f3532588d109/news
