群感效应对抗药细菌膜过滤去除过程中耐药性转移的影响及作用机制

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AI项目解读

基本信息

  • 批准号：
    51878389
  • 项目类别：
    面上项目
  • 资助金额：
    59.0万
  • 负责人：
    王允坤
  • 依托单位：
    中国科学技术大学
  • 学科分类：
    E1002.城市污水处理与资源化
  • 结题年份：
    2022
  • 批准年份：
    2018
  • 项目状态：
    已结题
  • 起止时间：
    2019-01-01 至2022-12-31

项目摘要

Municipal wastewater treatment plant effluents represent an important contamination source of antibiotic resistance, threatening the ecological safety of receiving environments. Thus, a membrane separation system equipped with an anti-biofilm forming membrane filter based on quorum quenching (QQ) will be employed for antibiotic resistant bacteria (ARB) and antibiotic resistance genes (ARGs) removal in this project. By controlling the formation of biofilm on membrane surface, horizontal gene transfer (HGT) of ARGs as well as membrane fouling can be mitigated during the membrane filtration process. Firstly, the biofilm formation mechanisms affecting by quorum sensing (QS) will be determined by analysing the concentration of signalling molecules, the abundance of key genes responsible for biofilm formation and ARB, as well as the structure of microbial communities. Secondly, the fate and transport of ARGs under various concentrations of signalling molecules and QQ molecules (QS inhibitors) will be systematically investigated from the aspects of HGT and microbial community structure. At last, by using surface-initiated atom transfer radical polymerization technics, a QQ molecule-modified polyvinylidene fluoride ultrafiltration membrane filter will be developed for mitigating HGT and membrane fouling. The results will benefit more efficient removal of ARB and ARGs in membrane separation system.
针对城市污水处理系统出水中抗生素抗性细菌和抗性基因污染问题，本项目拟开发新型膜过滤系统，在膜过滤去除抗性细菌过程中，借助群感淬灭效应调控膜表面生物膜的形成，控制抗性基因水平转移及膜污染。以抗性细菌膜过滤去除过程为研究对象，考察在生物膜形成过程中信号分子、生物膜形成关键功能基因及抗性细菌丰度和微生物群落结构特征，分析群感效应对抗性细菌生物膜形成的影响机制；探索不同信号分子和信号分子抑制剂浓度下，群感效应及群感淬灭效应对抗性基因丰度及特征变化的影响机理，揭示生物膜系统中抗性基因水平转移机制及关键影响因素；借助表面引发原子转移自由基聚合技术，对聚偏氟乙烯超滤膜进行表面修饰接枝信号分子抑制剂，通过优化信号分子在膜表面接枝密度，调控膜表面生物膜的形成，实现抗性基因水平转移控制和膜污染抑制。该项目的研究对于优化抗性细菌膜分离去除工艺的运行及控制抗性基因的排放具有理论意义和实际价值。

结项摘要

针对城市污水处理系统出水中抗生素抗性细菌和抗性基因污染问题，本项目开发了新型膜过滤系统，在膜过滤去除抗性细菌过程中，借助群感淬灭效应调控膜表面生物膜形成，控制抗性基因水平转移及膜污染。以抗性细菌膜过滤去除过程为研究对象，考察在生物膜形成过程中，信号分子、生物膜形成关键功能基因，抗性细菌丰度，分析群感效应对抗性细菌生物膜形成的影响机制；揭示生物膜系统中抗性基因水平转移机制及关键影响因素；借助表面引发原子转移自由基聚合技术，对聚偏氟乙烯超滤膜进行表面修饰接枝群感效应抑制剂，通过分析群感效应相关基因表达和信号分子浓度，评价了聚香草醛刷的有效生物膜抑制能力和缓解机制，实现抗性基因水平转移控制和膜污染抑制。同时，开发一种可同时去除废水中抗生素、抗性细菌和抗性基因的电活性超滤膜，提出了其降解机理和降解途径，并进一步评估了电活性膜的防污性能，以验证多功能膜在废水出水处理中实际应用的可行性。该项目的研究对于优化抗性细菌膜分离去除工艺的运行、控制抗性基因的排放以及强化去除废水中抗生素、抗性细菌和抗性基因具有理论意义和实际价值。

项目成果

期刊论文数量（14）
专著数量（2）
科研奖励数量（3）
会议论文数量（0）
专利数量（6）
Response of antibiotic resistance to the co-existence of chloramphenicol and copper during bio-electrochemical treatment of antibiotic-containing wastewater
生物电化学处理含抗生素废水过程中抗生素耐药性对氯霉素和铜共存的响应
  • DOI：
    10.1016/j.envint.2019.02.002
  • 发表时间：
    2019
  • 期刊：
    Environment International
  • 影响因子：
    11.8
  • 作者：
    Xiaofang Ma;Ning Guo;Shaojie Ren;Shuguang Wang;Yunkun Wang
  • 通讯作者：
    Yunkun Wang
Removal of Emerging Wastewater Organic Contaminants by Polyelectrolyte Multilayer Nanofiltration Membranes with Tailored Selectivity
通过具有定制选择性的聚电解质多层纳滤膜去除新兴废水有机污染物
  • DOI：
    10.1021/acsestengg.0c00160
  • 发表时间：
    2020-12
  • 期刊：
    ACS ES&T engineering
  • 影响因子：
    7.1
  • 作者：
    Yunkun Wang;Ines Zucker;Chanhee Boo;Menachem Elimelech
  • 通讯作者：
    Menachem Elimelech
AgNPs@ZIF-8 hybrid material modified polyethersulfone microfiltration membranes for anti-biofouling property and permeability improvement
AgNPs@ZIF-8杂化材料改性聚醚砜微滤膜的抗生物污染性和渗透性改善
  • DOI：
    10.1002/ceat.202000417
  • 发表时间：
    2020
  • 期刊：
    Chemical Engineering & Technology
  • 影响因子：
    2.1
  • 作者：
    Yue Feng;Ning Guo;Shaojie Ren;Xuan Xie;Juan Xu;Yunkun Wang
  • 通讯作者：
    Yunkun Wang
Inhibition of membrane biofouling by grafting quorum sensing inhibitors onto ultrafiltration membranes
通过将群体感应抑制剂接枝到超滤膜上抑制膜生物污染
  • DOI：
    10.1016/j.hazadv.2022.100182
  • 发表时间：
    2022-10
  • 期刊：
    Journal of Hazardous Materials Advances
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    Rukang Tian;Xiaofang Ma;Yan Wang;Hong Mei;Yunkun Wang
  • 通讯作者：
    Yunkun Wang
Mechanisms of metabolic performance enhancement and ARGs attenuation during nZVI-assisted anaerobic chloramphenicol wastewater treatment
nZVI辅助厌氧氯霉素废水处理过程中代谢性能增强和ARGs减弱的机制
  • DOI：
    10.1016/j.jhazmat.2021.126508
  • 发表时间：
    2021
  • 期刊：
    Journal of Hazardous Materials
  • 影响因子：
    13.6
  • 作者：
    Jiahuan Li;Ning Guo;Shan Zhao;Juan Xu;Yunkun Wang
  • 通讯作者：
    Yunkun Wang

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其他文献

好氧颗粒污泥负载纳米二氧化钛强化磺胺嘧啶降解的机制及性能
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2021
  • 期刊：
    环境工程学报
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    闫若凡;陈经纬;王允坤;王新华
  • 通讯作者：
    王新华

其他文献

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微生物群感效应对污染物降解浓度阈值的调控机制研究
  • 批准号：
    52370054
  • 批准年份：
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  • 项目类别：
    面上项目
新型抗菌疏松纳滤膜及其对细菌耐药性污染控制机制研究
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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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