季铵型磁性树脂对饮用水中耐药性病原菌控制技术原理

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基本信息

  • 批准号：
    51608253
  • 项目类别：
    青年科学基金项目
  • 资助金额：
    20.0万
  • 负责人：
    施鹏
  • 依托单位：
    南京大学
  • 学科分类：
    E10.环境工程
  • 结题年份：
    2019
  • 批准年份：
    2016
  • 项目状态：
    已结题
  • 起止时间：
    2017-01-01 至2019-12-31

项目摘要

Extensive use of antibiotics stimulates the proliferation of antibiotic-resistant pathogens (ARP) in natural waters, which aggravates the biological pollution of drinking water and thus threatens public health. Recent researches prove that chlorination cannot completely kill ARP due to the co-resistance mechanism between antibiotics and chlorine, and it can inversely increase the relative abundances of ARP and their inherent genes. Ultraviolet disinfection also can make ARP enter the state of the viable but non-culturable, but resurrection risk still exists after disinfection. Conventional disinfection technologies of drinking water face severe challenges in ARP inhibition, but macromolecular disinfectants with quaternary-ammonium structure have potential advantages in ARP control because of the unique bactericidal mechanism (adsorption-dissociation). This project was designed to study the control principles of drinking water antibiotic-resistant pathogens using magnetic exchange resin with quaternary-ammonium structure (MIEX-QAS), as well as the effect of MIEX-QAS on antibiotic resistance of drinking water pathogens. The synthesis principle of MIEX-QAS basing on the ARP control will be explored to help develop a new MIEX-QAS with high adsorption capacity and good biocidal effectiveness. Moreover, the underlying mechanisms that environmental conditions affect ARP removal and transfer by MIEX-QAS will be further studied. Finally, the best disinfection method, which combines the MIEX-QAS and conventional disinfection technologies, will be concluded to control the biological risks in drinking water.
抗生素等药物的大量使用导致自然水体中耐药性致病菌丰度显著上升，饮用水生物安全形势日益严峻。前期研究发现由于耐药性致病菌存在“共抗性”机制，传统氯消毒对其灭活效果不佳，还会导致耐药菌及基因在水体中的相对丰度升高。紫外消毒可诱导细菌进入有活性但不可培养的状态，存在后续复活的风险。传统的饮用水消毒工艺在控制耐药性病原菌上面临挑战。高分子季铵型消毒剂因其独特的“吸附-裂解”杀菌方式，在控制耐药性病原菌上具有潜在优势。因此，本项目拟选取季铵型磁性树脂作为研究对象，围绕其对饮用水中耐药性致病菌的控制原理，探索季铵型磁性树脂对病原菌耐药性的影响机制，揭示基于耐药性病原菌控制的树脂合成调控原理，开发出高效杀菌及具备优异吸附性能的树脂材料。系统研究不同水环境化学条件下季铵型磁性树脂对耐药性病原菌的削减转移机制，提出季铵型磁性树脂与传统消毒工艺最佳耦合方式。为饮用水中微生物风险控制提供理论基础与技术支撑。

结项摘要

抗生素等药物的大量使用导致自然水体中耐药性致病菌丰度显著上升，饮用水生物安全形势日益严峻。前期研究发现由于耐药性致病菌存在“共抗性”机制，传统氯消毒对其灭活效果不佳，还会导致耐药菌及基因在水体中的相对丰度升高。紫外消毒可诱导细菌进入有活性但不可培养的状态，存在后续复活的风险。传统的饮用水消毒工艺在控制耐药性病原菌上面临挑战。高分子季铵型消毒剂因其独特的“吸附-裂解”杀菌方式，在控制耐药性病原菌上具有潜在优势。因此，(一)本项目首先研究了氯、紫外、臭氧及高分子季铵盐树脂材料等不同消毒方式对饮用水中抗性细菌及基因的影响。结果发现化学消毒方式均可能引起细菌应激反应以及与抗生素之间的共抗性，导致抗生素抗性细菌的富集以及外排泵类抗性基因的过表达，从而引起水体中残留细菌抗性增强。高分子季铵盐消毒剂因其特殊的吸附-裂解杀菌机制，并且由于假单胞菌属及芽孢杆菌属等耐氯细菌的高电负性，高分子季铵盐消毒剂可将其选择性优先去除，同时有效去除其携带的抗性基因。证明了高分子季铵盐材料可作为饮用水中辅助消毒剂，强化饮用水中抗性细菌/基因的去除。（二）考察了树脂骨架、季铵盐碳链长度对其杀菌性能的影响，研究阐明了树脂结构与杀菌性能之间的构效关系，证明聚丙烯酸骨架及烷基碳链6-8个碳原子时具有最佳的杀菌效果。并进一步研究发现杀菌效果与树脂类表面电荷密度及碳链长度之间具有较好相关性，证明杀菌作用主要发生在树脂表面基团。研究为后续复合功能树脂合成指明了方向。（三）首次创新性提出树脂长链-短链两次季铵化的方法，强化树脂表面长链基团的杀菌效果，及孔道内部短链基团的污染物去除能力。合成了一种具有高效杀菌及污染物去除复合功能的新一代树脂。该树脂可选择性高效去除饮用水中低浓度的细菌，具有较好的应用价值。本研究为饮用水微生物安全保障提供了理论基础和技术支撑。

项目成果

期刊论文数量（5）
专著数量（0）
科研奖励数量（0）
会议论文数量（0）
专利数量（7）
Performance of a novel magnetic solid-phase-extraction microsphere and its application in the detection of organic micropollutants in the Huai River, China
新型磁性固相萃取微球的性能及其在淮河有机微污染物检测中的应用
  • DOI：
    10.1016/j.envpol.2019.05.115
  • 发表时间：
    2019
  • 期刊：
    Environmental Pollution
  • 影响因子：
    8.9
  • 作者：
    Liang Ying;Li Zekai;Shi Peng;Ling Chen;Chen Xun;Zhou Qing;Li Aimin
  • 通讯作者：
    Li Aimin
Antimicrobial resins with quaternary ammonium salts as a supplement to combat the antibiotic resistome in drinking water treatment plants
含有季铵盐的抗菌树脂作为补充，可对抗饮用水处理厂中的抗生素耐药性
  • DOI：
    10.1016/j.chemosphere.2019.01.047
  • 发表时间：
    2019-04-01
  • 期刊：
    CHEMOSPHERE
  • 影响因子：
    8.8
  • 作者：
    Chang, Fangyu;Shen, Shanqi;Li, Aimin
  • 通讯作者：
    Li, Aimin
Antibiotic Resistome Alteration by Different Disinfection Strategies in a Full-Scale Drinking Water Treatment Plant Deciphered by Metagenomic Assembly
通过宏基因组组装破译全规模饮用水处理厂中不同消毒策略对抗生素耐药性的改变
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2019
  • 期刊：
    Environmental Science & Technology
  • 影响因子：
    11.4
  • 作者：
    Zhang Huaicheng;Chang Fangyu;Shi Peng;Ye Lin;Zhou Qing;Pan Yang;Li Aimin
  • 通讯作者：
    Li Aimin
Fate of organic micropollutants and their biological effects in a drinking water source treated by a field-scale constructed wetland
经现场规模人工湿地处理的饮用水源中有机微污染物的归宿及其生物效应
  • DOI：
    10.1016/j.scitotenv.2019.05.151
  • 发表时间：
    2019
  • 期刊：
    Science of the Total Environment
  • 影响因子：
    9.8
  • 作者：
    Xu Shuhui;Zhou Sicong;Xing Liqun;Shi Peng;Shi Wei;Zhou Qing;Pan Yang;Song Mao Yong;Li Aimin
  • 通讯作者：
    Li Aimin
Occurrence and potential human health risks of semi-volatile organic compounds in drinking water from cities along the Chinese coastland of the Yellow Sea
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  • DOI：
    10.1016/j.chemosphere.2018.05.064
  • 发表时间：
    2018-09-01
  • 期刊：
    CHEMOSPHERE
  • 影响因子：
    8.8
  • 作者：
    Li, Zekai;Chang, Fangyu;Li, Aimin
  • 通讯作者：
    Li, Aimin

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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

        graph TD
          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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