No es suficiente sacar las bacterias resistentes a los antibióticos de las aguas residuales para eliminar los riesgos que representan para la sociedad. Los fragmentos que dejan también deben destruirse.
Los investigadores de la Escuela de Ingeniería Brown de la Universidad de Rice tienen una nueva estrategia para "atrapar y eliminar" genes resistentes a los antibióticos, las piezas de bacterias que, aunque sus anfitriones están muertos, pueden encontrar su camino y aumentar la resistencia de otras bacterias.
El equipo dirigido por el ingeniero ambiental de Rice, Pedro Álvarez, está usando nanohojas de nitruro de carbono grafito con impresión molecular para absorber y degradar estos restos genéticos en las aguas residuales del sistema de aguas residuales antes de que tengan la oportunidad de invadir e infectar otras bacterias
Los investigadores se centraron en los genes resistentes a los antibióticos codificados por plásmidos ARG que codifican la metalo-beta-lactamasa 1 NDM1 de Nueva Delhi, conocida por resistir múltiples fármacos. Cuando se mezclan en solución con los ARG y se exponen a la luz ultravioleta, el tratamientoNanosheets demostraron 37 veces mejor en la destrucción de los genes que el nitruro de carbono grafito solo.
El trabajo realizado bajo los auspicios del Centro de Investigación de Ingeniería de Nanosistemas basado en el Arroz para el Tratamiento del Agua con Nanotecnología NEWT se detalla en la revista American Chemical Society Ciencia y tecnología ambiental .
"Este estudio aborda una preocupación creciente, la aparición de bacterias resistentes a múltiples fármacos conocidas como superbacterias", dijo Álvarez, director del Centro NEWT. "Se prevé que causen 10 millones de muertes anuales para 2050.
"Como ingeniero ambiental, me preocupa que alguna infraestructura de agua pueda albergar superbacterias", dijo. "Por ejemplo, una planta de tratamiento de aguas residuales en Tianjin que hemos estudiado es un caldo de cultivo, que descarga cinco cepas positivas para NDM1 por cadauno entrando. El tanque de aireación es como un hotel de lujo donde crecen todas las bacterias.
"Desafortunadamente, algunas superbacterias resisten la cloración y las bacterias resistentes que mueren liberan ARG extracelulares que se estabilizan con la arcilla en los entornos receptores y transforman las bacterias autóctonas, convirtiéndose en reservorios de resistomas. Esto subraya la necesidad de innovación tecnológica para evitar la descarga de ARG extracelulares.
"En este documento, discutimos una estrategia de captura y zap para destruir los ARG extracelulares. Nuestra estrategia es utilizar recubrimientos con impresión molecular que mejoren la selectividad y minimicen la interferencia de los compuestos orgánicos de fondo".
La impresión molecular es como hacer una cerradura que atrae una llave, no muy diferente de las enzimas naturales con sitios de unión que solo se ajustan a las moléculas de la forma correcta. Para este proyecto, las moléculas de nitruro de carbono grafítico son la cerradura, o fotocatalizador, personalizadas para absorber y luegodestruir NDM1.
Para hacer el catalizador, los investigadores primero revistieron los bordes de la lámina nano con un polímero, ácido metacrílico y guanina incrustada. "La guanina es la base de ADN que se oxida más fácilmente", dijo Alvarez. "La guanina se lava con ácido clorhídrico, quedeja su huella. Esto sirve como un sitio de adsorción selectiva para ADN ambiental eDNA ".
Danning Zhang, estudiante de posgrado de Rice, coautor principal del artículo, dijo que el nitruro de carbono fue elegido para las nanohojas base porque no es metálico y, por lo tanto, es más seguro de usar y por su fácil disponibilidad.
Alvarez señaló que todos los catalizadores son eficientes para eliminar los ARG del agua destilada, pero no son tan efectivos en efluentes secundarios, un producto de plantas de tratamiento de aguas residuales después de que se eliminan los sólidos y los compuestos orgánicos.
"En el efluente secundario, tiene captadores reactivos de especies de oxígeno y otros compuestos inhibidores", dijo Álvarez. "Esta estrategia de atrapar y zafar mejora significativamente la eliminación del gen eDNA, superando claramente a los fotocatalizadores comerciales".
Los investigadores escribieron que los procesos de desinfección convencionales utilizados en las plantas de tratamiento de aguas residuales, incluida la cloración y la radiación ultravioleta, son moderadamente efectivos para eliminar las bacterias resistentes a los antibióticos, pero relativamente ineficaces para eliminar los ARG.
Esperan que su estrategia se pueda adaptar a escala industrial.
Zhang dijo que el laboratorio aún no ha realizado pruebas exhaustivas en otros ARG. "Dado que la guanina es un componente común del ADN y, por lo tanto, los ARG, este enfoque también debería degradar eficientemente otros eARG", dijo.
Hay espacio para mejorar el proceso actual, a pesar de su extraordinario éxito inicial. "Todavía no hemos intentado optimizar el material fotocatalítico o el proceso de tratamiento", dijo Zhang. "Nuestro objetivo es ofrecer una prueba de concepto que molecularla impresión puede mejorar la selectividad y la eficacia de los procesos fotocatalíticos para atacar los eARG ".
Qingbin Yuan de la Universidad Tecnológica de Nanjing, China, es coautor principal del artículo. Los coautores son los estudiantes graduados de Rice Ruonan Sun y Hassan Javed, y Gang Wu, profesor asistente de hematología en el Centro de Ciencias de la Salud de la Universidad de Texasen la Escuela de Medicina McGovern de Houston. Pingfeng Yu, un investigador postdoctoral en Rice, es co-autor corresponsal. Alvarez es el Profesor George R. Brown de Ingeniería Civil y Ambiental y profesor de química y de ingeniería química y biomolecular.
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Materiales proporcionado por Universidad de Rice . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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