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37倍!在模擬污染物和實(shí)際污水中，南京工業(yè)大學(xué)環(huán)境學(xué)院教師袁青彬驚喜地發(fā)現(xiàn)，利用DNA分子印跡負(fù)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(duì)水污染中大量存在的抗性細(xì)菌及抗性基因，袁青彬和萊斯大學(xué)教授佩德羅·阿爾瓦雷斯合作，利用分子印跡能夠選擇性識(shí)別污染物的特征，開發(fā)了基于DNA分子印跡的抗性基因選擇性光降解技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了99.9%的抗性基因降解效率。近日，該研究成果已在環(huán)境科學(xué)類環(huán)境科學(xué)與工程領(lǐng)域頂級(jí)期刊《環(huán)境科學(xué)與技術(shù)》在線刊出。

DNA分子印跡開啟“選擇性識(shí)別”

“選擇性識(shí)別”，袁青彬和團(tuán)隊(duì)成員在實(shí)驗(yàn)中打破了傳統(tǒng)污染物降解中的“既定程序”。在對(duì)污染物進(jìn)行降解之前，開發(fā)了一種選擇性識(shí)別污染物的DNA分子印跡技術(shù)，通過先找到水中的抗生基因，后進(jìn)行精準(zhǔn)降解，來提高降解效率。

作為一種新興污染物，抗性細(xì)菌及抗性基因已經(jīng)成為全球關(guān)注的焦點(diǎn)。據(jù)估計(jì)，到2050年，每年將會(huì)有成千上萬人因此而死亡。氯和紫外線等水處理消毒技術(shù)，雖然能夠較為有效地殺滅抗性細(xì)菌，但并沒有從根本上消除抗藥性風(fēng)險(xiǎn)，抗性基因仍然保持活性。與此同時(shí)，氯和紫外等傳統(tǒng)消毒技術(shù)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(shù)在化學(xué)領(lǐng)域已有較長(zhǎng)的應(yīng)用歷史，主要用于一些物質(zhì)的檢測(cè)，在環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域，則較局限于對(duì)化學(xué)污染物的吸附。“我們這次要用它識(shí)別并去除生物性污染物——抗性基因。”據(jù)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(nèi)。久而久之，細(xì)菌對(duì)抗生素產(chǎn)生抗體，在DNA層面，細(xì)菌已經(jīng)擁有這種抗性基因。“不同于一般的小分子污染物，因?yàn)榭剐曰蚴巧锎蠓肿?，我們?lsquo;捕捉’到它，必須找到一個(gè)通用的結(jié)構(gòu)。”

基于DNA分子是由很多核苷酸組成。而核苷酸里面的堿基——鳥嘌吟，作為最容易被氧化的一個(gè)堿基，同時(shí)又能夠識(shí)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。

結(jié)合光催化技術(shù)進(jìn)行片段化“降解”

選擇、合成、邊緣氧化……另一邊，袁青彬和團(tuán)隊(duì)又開始了對(duì)高級(jí)氧化技術(shù)中催化劑的選擇和提取，DNA分子印跡結(jié)合高級(jí)氧化技術(shù)，實(shí)驗(yàn)走向了“降解”的過程。

據(jù)佩德羅·阿爾瓦雷斯介紹，光催化技術(shù)是一種高級(jí)氧化技術(shù)，它是通過輸入紫外或可見光，產(chǎn)生氧化能力很強(qiáng)的自由基，以此來破壞水中的污染物。光催化技術(shù)關(guān)鍵在于催化劑的選擇與合成。“金屬催化劑在水中會(huì)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作為催化劑。氮化碳作為一種常用的非金屬催化劑，它的光吸收效率比較高，自然成為我們的首選。”

在萊斯大學(xué)生物實(shí)驗(yàn)室里，持續(xù)了6個(gè)月的實(shí)驗(yàn)開始進(jìn)行驗(yàn)證階段。為了檢測(cè)DNA分子印跡的選擇性識(shí)別效應(yīng)，袁青彬進(jìn)行了兩組對(duì)比實(shí)驗(yàn)：把負(fù)載鳥嘌吟印跡的氮化碳，與沒有負(fù)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(jīng)過紫外光(360nm)降解30分鐘，負(fù)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(shí)驗(yàn)則對(duì)比了負(fù)載鳥嘌呤的氮化碳與單純的光催化技術(shù)的降解效率。袁青彬用了光催化技術(shù)中最好、最成熟的材料二氧化鈦進(jìn)行對(duì)比，結(jié)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。

走向城市污水處理的科研新思路

“既要抓降解，也要抓捕獲。”2018年12月，14位環(huán)境光催化領(lǐng)域的頂級(jí)專家在《環(huán)境科學(xué)與技術(shù)》上，開展了一場(chǎng)關(guān)于光催化技術(shù)實(shí)際應(yīng)用問題的大討論，光催化的選擇性問題引起專家的關(guān)注。

而在這之前，2018年11月份，袁青彬和他的團(tuán)隊(duì)成員已經(jīng)在實(shí)驗(yàn)室開始了DNA分子印跡選擇并降解抗性基因的實(shí)驗(yàn)。

“城市污水處理技術(shù)的發(fā)展離不開環(huán)境中抗性基因控制技術(shù)的深入。”從2012年開始，還是博士一年級(jí)的袁青彬就一直致力于抗性基因行為和控制技術(shù)的研究。他說：“因?yàn)槲覀冏龅氖菓?yīng)用型研究，每一點(diǎn)對(duì)于應(yīng)用效率的提高都能為解決水污染提供新的參考。”

做過紫外光去除抗性基因的項(xiàng)目，也做過光催化材料優(yōu)化的項(xiàng)目，能否在污染物的降解程序上有所突破?具有“選擇性識(shí)別”特征的分子印跡一下子吸引了袁青彬和團(tuán)隊(duì)成員的注意。

“目前我們正在對(duì)材料進(jìn)行改進(jìn)，以便進(jìn)一步提高DNA分子印跡的選擇性。”袁青彬和團(tuán)隊(duì)成員正在考慮實(shí)驗(yàn)的落地和應(yīng)用問題。與此同時(shí)，他們也正在研究如何讓DNA分子印跡技術(shù)更好地應(yīng)用到生活污水之外的工業(yè)污水和養(yǎng)殖污水中，并實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期降解能力的增強(qiáng)。(記者 溫才妃 朱琳)