A afinidade bacteriana aprimorada e a geração de espécies reativas de oxigênio aumentam a inativação antibacteriana em águas residuais por nanoesferas envoltas em óxido de grafeno desenvolvidas por cientistas da Rice University e da Tongji University, Xangai. Os genes de resistência a antibióticos (eARG) liberados por bactérias resistentes a antibióticos inativadas (ARB) na vizinhança de locais fotocatalíticos nas esferas facilitam sua degradação. Crédito:Alvarez Research Group / Rice University
Um escudo de grafeno ajuda as partículas a destruir bactérias resistentes a antibióticos e genes de resistência a antibióticos flutuantes em estações de tratamento de águas residuais.
Pense na nova estratégia desenvolvida na Rice University como "embrulhar, armadilha e zap. "
Os laboratórios do cientista ambiental da Rice, Pedro Alvarez e Yalei Zhang, professor de engenharia ambiental na Universidade de Tongji, Xangai, introduziu microesferas envoltas em óxido de grafeno no jornal Elsevier Water Research .
Alvarez e seus parceiros no Nanosystems Engineering Research Center for Nanotechnology-Enabled Water Treatment (NEWT), com base em Rice, trabalharam para extinguir "superbactérias" resistentes a antibióticos desde a primeira vez que os encontraram em estações de tratamento de águas residuais em 2013.
"Superbugs são conhecidos por se reproduzirem em estações de tratamento de águas residuais e liberar genes extracelulares de resistência a antibióticos (ARGs) quando são mortos quando o efluente é desinfetado, "Disse Alvarez." Esses ARGs são então descarregados e podem transformar bactérias nativas no ambiente receptor, que se tornam reservatórios resistentes.
"Nossa inovação minimizaria a descarga de ARGs extracelulares, e, assim, mitigar a disseminação da resistência aos antibióticos de estações de tratamento de águas residuais, " ele disse.
Uma imagem de microscópio eletrônico de varredura mostra uma camada de óxido de grafeno ao redor das nanoplacas em camadas que constituem o núcleo de uma partícula que captura e elimina bactérias resistentes a antibióticos e os genes de resistência que elas liberam. As esferas envoltas desenvolvidas nas universidades Rice e Tongji provaram ser três vezes mais capazes de desinfetar efluentes secundários de estações de tratamento de esgoto do que as esferas sem o óxido de grafeno dopado com nitrogênio. Crédito:Deyi Li / Universidade Tongji
O laboratório Rice mostrou suas esferas - núcleos de bismuto, oxigênio e carbono envoltos em óxido de grafeno dopado com nitrogênio - bactérias Escherichia coli multirresistentes inativadas e genes degradados de resistência a antibióticos codificados por plasmídeo em efluentes de águas residuais secundárias.
As esferas envoltas em grafeno matam nojentas no efluente, produzindo três vezes a quantidade de espécies reativas de oxigênio (ROS) em comparação com as esferas sozinhas.
As próprias esferas são fotocatalisadores que produzem ROS quando expostas à luz. Os testes de laboratório mostraram que envolver as esferas minimizou a capacidade dos necrófagos de ROS de restringir sua capacidade de desinfetar a solução.
Os pesquisadores disseram que a dopagem com nitrogênio nas conchas aumenta sua capacidade de capturar bactérias, dando às esferas catalíticas mais tempo para matá-las. As partículas aprimoradas capturam e degradam imediatamente os genes resistentes liberados pelas bactérias mortas antes que contaminem o efluente.
Uma imagem de microscópio eletrônico mostra bactérias E. coli presas por microesferas embrulhadas desenvolvidas nas universidades Rice e Tongji. As esferas foram criadas para desinfetar efluentes secundários de estações de tratamento de águas residuais, um terreno fértil para bactérias resistentes a antibióticos e genes de resistência a antibióticos. Crédito:Deyi Li / Universidade Tongji
"Envolvendo a afinidade bacteriana aprimorada para as microesferas por meio de interação hidrofóbica aprimorada entre a superfície bacteriana e a casca, "disse o co-autor principal Pingfeng Yu, um associado de pesquisa de pós-doutorado na Brown School of Engineering de Rice. "Isso mitigou a diluição e eliminação de ROS por constituintes de fundo e facilitou a captura e degradação imediata dos ARGs liberados."
Como as esferas envolvidas são grandes o suficiente para serem filtradas do efluente desinfetado, eles podem ser reutilizados, Yu disse. Os testes mostraram que a atividade fotocatalítica das esferas era relativamente estável, sem diminuição significativa da atividade após 10 ciclos. Isso foi significativamente melhor do que o ciclo de vida das mesmas esferas sem o envoltório.
