光催化强化生物电化学系统削减污泥中耐药菌与抗生素抗性基因的机制研究

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51908100
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    27.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E1006.固废资源转化与安全处置
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2019
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2020-01-01 至2022-12-31

项目摘要

Antibiotic resistant bacteria (ARB) and their carrying resistance genes (ARGs) are important sources of biological risk for sludge. Bioelectrochemical system (BES) is one of the effective methods to inhibit the proliferation of ARB and ARGs in sludge, whose reduction performance requires further promotion. This project aims to construct BES coupled with photocatalysis, where photocatalytic reaction couples with anode to enhance the reduction of ARB and ARGs in sludge, through a three-step research: 1) controllable construction of coupling system; 2) characterization of the reduction performance of ARB and ARGs; and 3) revelation of enhancing mechanism. Firstly, the controllable construction law of BES coupled with photocatalysis for reduction of ARB and ARGs in sludge will be revealed, through characterizing the growth law of biofilm and catalytic activity of anode. Next, the enhancing effect of the photocatalysis coupling on reduction process will be verified, and the impact mechanism of operating condition on reduction of ARB and ARGs will be interpreted. Furthermore, the synergistic effect of photocatalysis and BES on reduction of ARB and ARGs will be identified, the structure-activity relationship between typical microorganism and their functional genes and the reduction of ARB and ARGs will be interpreted, and the reduction mechanism of ARB and ARGs within sludge in BES enhanced by photocatalysis will be revealed. The study will offer new ideas and methods for effectively inhibiting proliferation of ARB and diffusion of ARGs, and provide theoretical and technical supports for reduction of biological risk for sludge.
耐药菌(ARB)与抗生素抗性基因(ARG)是污泥生物风险的重要来源。生物电化学系统(BES)是有效抑制污泥中ARB与ARG扩散增殖的方法之一,然而其削减作用有待进一步提升。本项目提出将光催化反应与BES阳极耦合,构造可强化削减污泥ARB与ARG的光催化BES,基于“系统可控构建-效能特性解析-强化机制揭示”的研究主线,首先,通过表征生物膜生长规律和阳极催化活性,揭示高效削减污泥ARB与ARG的光催化BES可控构建规律;进而,探明光催化对削减行为的强化作用,解析运行条件对ARB与ARG削减效能的影响机制;最终,明确光催化与BES削减ARB与ARG的协同作用,阐释典型微生物及其功能基因分布同ARB与ARG削减之间的构效关系,揭示光催化强化BES削减污泥ARB与ARG的作用机制。本研究预期成果将为高效抑制污泥中ARB增殖和ARG扩散提供新的思路和方法,为降低污泥的生物风险提供理论依据和技术支撑。

结项摘要

抗生素耐药菌(Antibiotic Resistant Bacteria,ARB)与抗生素抗性基因(Antibiotic Resistance Genes,ARGs)是污泥生物风险的重要来源。生物电化学系统(Bioelectrochemical system,BES)是有效抑制污泥中ARB与ARGs扩散增殖的方法之一,其削减作用有待进一步提升。.本项目开发了光催化生物电化学系统,揭示了TiO2纳米管紫外光催化处理对污泥ARGs的削减效能及阻断转移机制,研究发现,TiO2纳米管紫外光催化产生的活性氧一方面会破坏Kofleria、Nitrospira等潜在宿主细菌的细胞结构,引起胞内ARGs和可移动基因元件释放至胞外,另一方面会对胞外ARGs和移动遗传元件产生氧化作用,阻断ARGs在细菌间的水平转移。本项目研究了CaO2投加对生物电化学系统高效削减ARGs的影响,获得了高达16.3%的甲氧苄氨嘧啶抗性基因削减,解析了引入生物电化学技术与过氧化钙高级氧化技术对抗性基因迁移转化的贡献权重,从可移动基因元件、微生物群落结构、金属抗性基因等关键因子与抗性基因丰度分布关系的角度揭示了抗性基因的高效削减机制。本项目的研究成果一方面为有效抑制污泥中ARB增殖和ARGs水平转移提供新的思路和方法,另一方面为实现污泥的安全、高效处置提供新途径。

项目成果

期刊论文数量(4)
专著数量(0)
科研奖励数量(4)
会议论文数量(5)
专利数量(6)
Synergistic remediation of lead contaminated soil by microbial fuel cell and composite remediation agent
  • DOI:
    10.1016/j.egyr.2022.03.109
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    Energy Reports
  • 影响因子:
    5.2
  • 作者:
    Yu Hang;Li Keqing;Cao Yuhui;Zhu Yimin;Liu Xiaonan;Sun Juncai
  • 通讯作者:
    Sun Juncai
Cooperative cathodes for enhanced hexavalent chromium reduction and electricity generation in bioelectrochemical reactor with simultaneous sludge degradation
协同阴极在生物电化学反应器中增强六价铬还原和发电并同时降解污泥
  • DOI:
    10.3389/fenvs.2022.932266
  • 发表时间:
    2021-10
  • 期刊:
    Frontiers in Environmental Science
  • 影响因子:
    4.6
  • 作者:
    Yu Hang;Cao Yuhui;Zhao Qingliang;Liang Zhuyuan;Zhu Yimin
  • 通讯作者:
    Zhu Yimin
Enhanced chromium recovery and simultaneous sludge degradation in a novel bioelectrochemical system assembled with bio/abio-cathodes
在由生物/非生物阴极组装的新型生物电化学系统中提高铬回收率并同时污泥降解
  • DOI:
    10.1016/j.seppur.2020.117229
  • 发表时间:
    2020-06
  • 期刊:
    Separation and Purification Technology
  • 影响因子:
    8.6
  • 作者:
    Yu Hang;Zhao Qingliang;Liu Xiaonan;Meng Fanchao;Ruan Lingyu;Sun Tiantian;Liu Weifeng;Zhu Yimin;Li Wei;Meng Fanyu;Liang Zhuyuan
  • 通讯作者:
    Liang Zhuyuan

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其他文献

三七茜草复方有效组分宫内缓释系统调控大鼠子宫内膜形态学及出凝血机制的研究
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    --
  • 作者:
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  • DOI:
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  • 发表时间:
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  • 作者:
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  • 发表时间:
    2015
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  • 影响因子:
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  • 作者:
    黄平国;于航;石橋豊
  • 通讯作者:
    石橋豊

其他文献

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于航的其他基金

生物炭协同电活化过硫酸盐定向削减污泥抗性基因的代谢调控机制
  • 批准号:
    52370127
  • 批准年份:
    2023
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    50 万元
  • 项目类别:
    面上项目

相似国自然基金

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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