L'affinité bactérienne améliorée et la génération d'espèces réactives de l'oxygène améliorent l'inactivation antibactérienne dans les eaux usées par des nanosphères enveloppées d'oxyde de graphène développées par des scientifiques de l'Université Rice et de l'Université Tongji, Shanghaï. Les gènes de résistance aux antibiotiques (eARG) libérés par les bactéries résistantes aux antibiotiques (ARB) inactivées à proximité des sites photocatalytiques sur les sphères facilitent leur dégradation. Crédit :Alvarez Research Group/Rice University
Un bouclier de graphène aide les particules à détruire les bactéries résistantes aux antibiotiques et les gènes flottants de résistance aux antibiotiques dans les usines de traitement des eaux usées.
Considérez la nouvelle stratégie développée à l'Université Rice comme « envelopper, piéger et zapper."
Les laboratoires du spécialiste de l'environnement de Rice Pedro Alvarez et Yalei Zhang, professeur d'ingénierie environnementale à l'université de Tongji, Shanghaï, introduit des microsphères enveloppées dans de l'oxyde de graphène dans le journal Elsevier Recherche sur l'eau .
Alvarez et ses partenaires du Rice-based Nanosystems Engineering Research Center for Nanotechnology-Enabled Water Treatment (NEWT) ont travaillé à l'extinction des « superbactéries » résistantes aux antibiotiques depuis leur première découverte dans les usines de traitement des eaux usées en 2013.
« Les superbactéries sont connues pour se reproduire dans les usines de traitement des eaux usées et libérer des gènes de résistance aux antibiotiques extracellulaires (ARG) lorsqu'elles sont tuées lors de la désinfection de l'effluent, ", a déclaré Alvarez. "Ces ARG sont ensuite rejetés et peuvent transformer des bactéries indigènes dans le milieu récepteur, qui deviennent des réservoirs résistomes.
"Notre innovation permettrait de minimiser la décharge d'ARG extracellulaires, et ainsi atténuer la dissémination de la résistance aux antibiotiques à partir des stations d'épuration, " il a dit.
Une image au microscope électronique à balayage montre une enveloppe d'oxyde de graphène autour des nanoplaques en couches qui constituent le noyau d'une particule qui piège et élimine les bactéries résistantes aux antibiotiques et les gènes de résistance qu'elles libèrent. Les sphères enveloppées développées dans les universités Rice et Tongji se sont avérées trois fois plus aptes à désinfecter les effluents secondaires des stations d'épuration que les sphères sans oxyde de graphène dopé à l'azote. Crédit :Deyi Li/Université de Tongji
Le laboratoire Rice a montré ses sphères - des noyaux de bismuth, de l'oxygène et du carbone enveloppés d'oxyde de graphène dopé à l'azote—des bactéries Escherichia coli multirésistantes inactivées et des gènes de résistance aux antibiotiques codés par des plasmides dégradés dans les effluents d'eaux usées secondaires.
Les sphères enveloppées de graphène tuent les méchants dans les effluents en produisant trois fois la quantité d'espèces réactives de l'oxygène (ROS) par rapport aux sphères seules.
Les sphères elles-mêmes sont des photocatalyseurs qui produisent des ROS lorsqu'elles sont exposées à la lumière. Des tests en laboratoire ont montré que l'emballage des sphères minimisait la capacité des charognards ROS à réduire leur capacité à désinfecter la solution.
Les chercheurs ont déclaré que le dopage à l'azote des coquilles augmente leur capacité à capturer les bactéries, donner aux sphères catalytiques plus de temps pour les tuer. Les particules améliorées capturent et dégradent alors immédiatement les gènes résistants libérés par les bactéries mortes avant qu'elles ne contaminent l'effluent.
Une image au microscope électronique montre des bactéries E. coli piégées par des microsphères enveloppées développées dans les universités Rice et Tongji. Les sphères ont été créées pour désinfecter les effluents secondaires des stations d'épuration, un terrain fertile pour les bactéries résistantes aux antibiotiques et les gènes de résistance aux antibiotiques. Crédit :Deyi Li/Université de Tongji
"Envelopper une affinité bactérienne améliorée pour les microsphères grâce à une interaction hydrophobe améliorée entre la surface bactérienne et la coquille, " a déclaré le co-auteur principal Pingfeng Yu, un associé de recherche postdoctoral à la Brown School of Engineering de Rice. "Cela a atténué la dilution et le balayage des ROS par les constituants de fond et a facilité la capture et la dégradation immédiates des ARG libérés."
Parce que les sphères enveloppées sont suffisamment grandes pour être filtrées de l'effluent désinfecté, ils peuvent être réutilisés, dit Yu. Les tests ont montré que l'activité photocatalytique des sphères était relativement stable, sans diminution significative de l'activité après 10 cycles. C'était nettement mieux que la durée de vie du cycle des mêmes sphères moins l'enveloppe.
