南工大：DNA分子印迹精准“捕获”抗性基因

37次！在污染物和实际污水的模拟实验中，南京工业大学环境学院的袁庆斌老师惊喜地发现，用DNA分子印迹技术负载在氮化碳光催化材料表面，比没有DNA分子印迹的氮化碳更能降解抗性基因。

鉴于水体污染中存在大量的抗性细菌和基因，袁庆斌与水稻大学教授佩德罗·阿尔瓦雷斯合作，开发了基于DNA分子印迹的抗性基因选择性光降解技术，抗性基因降解效率达到99.9%。最近，该研究成果在环境科学与工程领域的*期刊《环境科学与技术》上发表。

DNA分子印迹开启“选择性识别”

“选择性识别”，袁庆斌和他的团队成员在实验中打破了传统污染物降解的“既定程序”。在污染物降解之前，发展了一种选择性识别污染物的DNA分子印迹技术。通过首先在水中发现抗生素基因，然后进行精确降解，提高了降解效率。

作为一种新型污染物，耐药菌和耐药基因已经成为全球关注的焦点。据估计，到2050年，每年将有数千人死亡。氯和紫外线等水处理消毒技术可以有效杀灭耐药菌，但不能从根本上消除耐药风险，耐药基因仍然活跃。同时，氯、紫外线等传统消毒技术容易受到水中污染物的干扰，不能有效去除抗性基因。

分子印迹技术在化学领域有着悠久的应用历史，主要用于检测一些物质，而在环境保护领域，它仅限于吸附化学污染物。"这一次，我们将利用它来识别和去除生物污染物抗性基因."据袁庆斌说，抗生素经常作为添加剂注射到病人、家禽和牲畜体内。随着时间的推移，细菌会产生抗生素抗体。在DNA水平上，细菌已经有了这种抗性基因。“与普通的小分子污染物不同，因为抗性基因是一种生物大分子，我们必须找到一种共同的结构来‘捕捉’它。”

基于脱氧核糖核酸分子由许多核苷酸组成。核苷酸碱基广银是最容易氧化的碱基，可以识别所有有碱基的分子。因此，团队成员使用鸟嘌呤作为分子印迹的模板。

碎片“降解”与光催化技术相结合

选择、合成、边缘氧化...另一方面，袁庆斌和他的团队开始在高级氧化技术中选择和提取催化剂。DNA分子印迹结合先进的氧化技术导致了“降解”的过程。

佩德罗·阿尔瓦雷斯认为，光催化技术是一种高级氧化技术。它利用紫外线或可见光产生具有强氧化能力的*基来破坏水中的污染物。光催化技术的关键在于催化剂的选择和合成。“金属催化剂溶解在水中的金属离子中，形成新的污染物，因此我们引入非金属材料作为催化剂。氮化碳作为一种常用的非金属催化剂，具有较高的光吸收效率，自然成为我们的首选。”

在莱斯大学生物实验室，实验持续了6个月，并开始进行验证阶段。为了检测DNA分子印迹的选择性识别效果，袁庆斌进行了两组对比实验:将负载鸟嘌呤印迹的氮化碳和未负载鸟嘌呤印迹的氮化碳分别放入添加了抗性基因和其他污染物的水中。紫外光(360纳米)降解30分钟后，鸟嘌呤负载氮化碳的降解性能为99.9%，降解效率是后者的37倍。

另一组实验比较了负载鸟嘌呤的氮化碳与纯光催化技术的降解效率。袁庆斌用光催化技术中最好、最成熟的材料二氧化钛作为对比。结果表明，前者是后者的1.7倍，后者受水中其他污染物的干扰较大。

城市污水处理科学研究的新思路

"我们必须同时抓住退化和捕获."2018年12月，环境光催化领域的14位*专家就光催化技术在“环境科学与技术”中的实际应用展开了大规模讨论。光催化选择性的问题引起了专家们的注意。

在此之前，2018年11月，袁庆斌和他的团队成员已经在实验室开始了DNA分子印迹选择和抗性基因降解的实验。

“城市污水处理技术的发展离不开环境中抗性基因控制技术的深化。”从2012年开始，袁庆斌，一年级的医生，一直致力于抗性基因行为和控制技术的研究。他说:“因为我们正在进行应用研究，应用效率的每一次提高都可以为解决水污染问题提供新的参考。”

我完成了利用紫外光去除抗性基因的项目和优化光催化材料的项目。我能在污染物的降解过程中取得突破吗？具有“选择性识别”特征的分子印迹立刻引起了袁庆斌和团队成员的注意。

"我们目前正在改进材料，以进一步提高DNA分子印迹的选择性."袁庆斌和他的团队成员正在考虑实验的登陆和应用。与此同时，他们还在研究如何更好地将DNA分子印迹技术应用于工业污水和水产养殖污水，而不是生活污水，并提高长期降解能力。

相关论文信息:https://doi.org/10.1021/acs.est.9b06926