微生物燃料電池與抗生素抗性基因的研究

2020-08-27 上海沃吉基因


文章信息

Inhibitionof methanogens decreased sulfadiazine removal and increased antibioticresistance gene development in microbial fuel cells

Shuai Zhang, Hai-Liang Song, Xian Cao, Hua Li,Jianhua Guo, Xiao-Li Yang, Rajendra Prasad Singh, Shuai Liu

DOI: 10.1016/j.biortech.2019.02.089

發表雜誌：Bioresource technology（IF=6）

1.研究背景

研究在微生物燃料電池（MFCs）中產甲烷菌活動受限的條件下磺胺嘧啶（SDZ）的生物降解效率，抗生素抗性基因（ARGs）的發展以及微生物群落的遷移。

2.方法

2.1 MFCS建設與運行。

2.2 通過SDZ分析方法，在MFCs中測定了甲烷菌抑制對SDZ產電性能和降解效率的影響，並確定生物降解途徑。

2.3 通過qPCR（WcgeneBiotech, Shanghai, China）和16SrRNA基因測序分析了SDZ抗性基因和微生物群落的命運。

3.結果

3.1 產甲烷菌對電力生產的影響

研究表明，BES對產甲烷菌有明顯的抑制作用，但外生電子豐度和OUTW功能基因的豐度增加。ARD或內向EET，導致MFC中發電性能的提高。

圖1. MFCs的電力研究（A）MFCs中的電壓變化；（B）極化和功率密度曲線。


3.2 抑制產甲烷菌對SDZ去除效果的影響

該實驗表明，在系統初始階段，SDZ的去除效率沒有被電子提高，並且微生物的活性受到SDZ的抑制。細菌，古細菌和甲烷原在高抗生素濃度下保持系統穩定性。在這項研究中，抑制產甲烷菌的生物活性導致減少SDZ降解。

圖2. 反應器中SDZ的去除動力學：（A）適應4周後；（B）適應16周後。

3.3 被抑制的產甲烷菌對SUL基因命運的影響

研究結果表明，由於甲烷菌的抑制作用，細菌群落控制了微生物群落的組成。增加了系統中SUL基因發展的風險。

圖3. 在反應堆中標準化為16S rRNA基因的sul基因（sulI和sulII）的數量。

3.4 降解產物和途徑

研究表明，SDZ的副產物可以被細菌群落所利用。

表1. SDZ降解產物在出水樣品中


3.5微生物群落

這些微生物的蓬勃發展表明，形成了可用於SDZ降解的官能團，這可能對系統中SDZ的降解起很大作用。

圖4.屬水平的微生物種群分析

結論

總之，產甲烷菌的抑制增加了外生電原的豐度和外向或內向EET的功能基因。提高了MFC的發電性能。此外，甲烷菌生物活性的抑制導致了系統中SDZ去除率的降低。提出了SDZ的生物降解機理。此外，陽極電極增強了SUL基因的相對豐度。甲烷菌的抑制促進了SUL基因的發育。BES對系統中細菌組成變化的影響比電流的影響大。

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