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生物质炭负载噬菌体对土壤中抗生素耐药菌(Pseudomonas aeruginosa)迁移阻控及靶向裂解的协同机制

批准号:
42077106
项目类别:
面上项目
资助金额:
57.0 万元
负责人:
孙明明
依托单位:
学科分类:
环境土壤学
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
孙明明

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
土壤抗生素耐药菌(Antibiotic Resistant Bacteria,ARB)残留风险已严重威胁人类健康和环境安全,开展针对性修复研究十分必要。国内外学者发现高效阻控材料生物质炭可显著抑制土壤中ARB迁移扩散,但生物质炭未能消除土壤ARB持续增殖风险。噬菌体可专属裂解环境中宿主细菌,因此生物质炭负载噬菌体为长效靶向修复ARB污染土壤提供了新的途径。本项目拟选用铜绿假单胞菌(Pseudomonas aeruginosa PAO1)作为模式耐药菌,将生物质炭高效阻控特性与噬菌体专属裂解属性有机结合,制备生物质炭负载噬菌体材料,在探明负载作用机理的基础上,运用荧光蛋白示踪、宏噬菌体组学、共现网络模型等技术,揭示负载材料对土壤抗生素抗性PAO1迁移阻控及靶向裂解的协同作用原理,为生物质炭负载噬菌体修复ARB污染土壤提供科学指导。
英文摘要
As residual antibiotic resistance bacteria (ARB) in soil have posed serious threat against the public health and environment security, it is urgent to carry out targeted remediation research. Previous studies found that environmentally friendly biochar could significantly inhibit the transmission of ARB, and bacteriophages (phages) were capable of lysing host bacteria in the environment. Therefore, biochar loaded phage complex provides a novel long-lasting pathway of precisely remediating ARB-contaminated soil. In this proposal, a novel biochar-loaded phage material will be developed through physico-chemical adsorption and bioburden to accelerate the dissipation of antibiotic-resistant Pseudomonas aeruginosa PAO1 in soil. In addition, the underlying mechanism of synergistic effect of biochar and phage will be further investigated via fluorescent protein tracing, phage and bacteria metagenomics, and co-occurrence network model analyses. The results obtained here will shed light on the development of novel sustainable technology for remediating ARB-contaminated soils.
本项目研究了生物质炭负载噬菌体在土壤中阻控抗生素抗性铜绿假单胞菌(PAO1)与抗生素抗性基因迁移、定殖的协同作用的机制。生物质炭作为环保材料被广泛应用于土壤修复,而噬菌体作为生物防治因子在抗生素抗性细菌的靶向灭活中具有巨大潜力。本研究构建了PAO1噬菌体ФYSZPA与不同类型生物质炭协同负载体系,分析了负载过程中的物化作用机制及环境因素对负载材料稳定性的影响。. 研究通过扫描电子显微镜(SEM)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)等技术表征负载材料的理化性质,发现生物质炭具有显著的物理吸附能力,能够有效维持噬菌体的活性和稳定性。进一步分析表明,在不同环境因素下,负载材料的物理化学稳定性和噬菌体的生化稳定性保持较高水平。研究探讨了负载材料对PAO1的迁移与定殖阻控机制,发现生物质炭与噬菌体联合使用能够显著减少PAO1在土壤中的水平与垂直迁移,并有效抑制PAO1的定殖和生物膜形成,研究发现经过60天培养后,垂直土壤柱中ARPB和ARGs的水平显著下降,下降幅度为2-6个数量级。qPCR分析显示,生物质炭对抗性基因(ARGs)的吸附效果优于其他材料。研究还揭示了负载材料对PAO1靶向裂解的作用, 63天的培养后,土壤中大肠埃希氏菌K-12(tetR)和铜绿假单胞菌PAO1(ampR + fosR)及其相应的ARGs(tetM、tetQ、tetW、ampC和fosA)丰度显著降低(P < 0.05)。表明生物质炭负载噬菌体能够有效裂解PAO1,并减少ARGs的丰度。通过多元网络分析,阐明了吸附与裂解作用在负载材料中的互动关系。同时,研究分析了土壤中土著噬菌体群落与细菌群落的生态功能耦合,探讨了噬菌体ФYSZPA在土壤微生物群落中的生态角色。. 综上所述,本研究提出了一种新型生物修复策略,通过生物质炭与多价噬菌体联合应用,能够有效控制土壤中抗生素抗性致病菌(ARPB)和抗生素耐药基因(ARGs)的扩散与积累,同时改善土壤微生物群落的结构与功能多样性,为抗生素耐药性污染防治提供了新思路。
土壤噬菌体补偿宿主群落消减有机氯农药的分子代谢机制
  • 批准号:
    --
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    53万元
  • 批准年份:
    2022
  • 负责人:
    孙明明
  • 依托单位:
反硝化作用与槐糖脂协同强化土壤抗生素-抗性基因厌氧消减的耦合机制
  • 批准号:
    41771350
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    63.0万元
  • 批准年份:
    2017
  • 负责人:
    孙明明
  • 依托单位:
甲基β环糊精强化土壤PAHs反硝化厌氧降解及微生物群落响应机制
  • 批准号:
    41401347
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    26.0万元
  • 批准年份:
    2014
  • 负责人:
    孙明明
  • 依托单位:
国内基金
海外基金