群感效应对抗药细菌膜过滤去除过程中耐药性转移的影响及作用机制

Municipal wastewater treatment plant effluents represent an important contamination source of antibiotic resistance, threatening the ecological safety of receiving environments. Thus, a membrane separation system equipped with an anti-biofilm forming membrane filter based on quorum quenching (QQ) will be employed for antibiotic resistant bacteria (ARB) and antibiotic resistance genes (ARGs) removal in this project. By controlling the formation of biofilm on membrane surface, horizontal gene transfer (HGT) of ARGs as well as membrane fouling can be mitigated during the membrane filtration process. Firstly, the biofilm formation mechanisms affecting by quorum sensing (QS) will be determined by analysing the concentration of signalling molecules, the abundance of key genes responsible for biofilm formation and ARB, as well as the structure of microbial communities. Secondly, the fate and transport of ARGs under various concentrations of signalling molecules and QQ molecules (QS inhibitors) will be systematically investigated from the aspects of HGT and microbial community structure. At last, by using surface-initiated atom transfer radical polymerization technics, a QQ molecule-modified polyvinylidene fluoride ultrafiltration membrane filter will be developed for mitigating HGT and membrane fouling. The results will benefit more efficient removal of ARB and ARGs in membrane separation system.

针对城市污水处理系统出水中抗生素抗性细菌和抗性基因污染问题，本项目拟开发新型膜过滤系统，在膜过滤去除抗性细菌过程中，借助群感淬灭效应调控膜表面生物膜的形成，控制抗性基因水平转移及膜污染。以抗性细菌膜过滤去除过程为研究对象，考察在生物膜形成过程中信号分子、生物膜形成关键功能基因及抗性细菌丰度和微生物群落结构特征，分析群感效应对抗性细菌生物膜形成的影响机制；探索不同信号分子和信号分子抑制剂浓度下，群感效应及群感淬灭效应对抗性基因丰度及特征变化的影响机理，揭示生物膜系统中抗性基因水平转移机制及关键影响因素；借助表面引发原子转移自由基聚合技术，对聚偏氟乙烯超滤膜进行表面修饰接枝信号分子抑制剂，通过优化信号分子在膜表面接枝密度，调控膜表面生物膜的形成，实现抗性基因水平转移控制和膜污染抑制。该项目的研究对于优化抗性细菌膜分离去除工艺的运行及控制抗性基因的排放具有理论意义和实际价值。

针对城市污水处理系统出水中抗生素抗性细菌和抗性基因污染问题，本项目开发了新型膜过滤系统，在膜过滤去除抗性细菌过程中，借助群感淬灭效应调控膜表面生物膜形成，控制抗性基因水平转移及膜污染。以抗性细菌膜过滤去除过程为研究对象，考察在生物膜形成过程中，信号分子、生物膜形成关键功能基因，抗性细菌丰度，分析群感效应对抗性细菌生物膜形成的影响机制；揭示生物膜系统中抗性基因水平转移机制及关键影响因素；借助表面引发原子转移自由基聚合技术，对聚偏氟乙烯超滤膜进行表面修饰接枝群感效应抑制剂，通过分析群感效应相关基因表达和信号分子浓度，评价了聚香草醛刷的有效生物膜抑制能力和缓解机制，实现抗性基因水平转移控制和膜污染抑制。同时，开发一种可同时去除废水中抗生素、抗性细菌和抗性基因的电活性超滤膜，提出了其降解机理和降解途径，并进一步评估了电活性膜的防污性能，以验证多功能膜在废水出水处理中实际应用的可行性。该项目的研究对于优化抗性细菌膜分离去除工艺的运行、控制抗性基因的排放以及强化去除废水中抗生素、抗性细菌和抗性基因具有理论意义和实际价值。