p Não é suficiente retirar bactérias resistentes a antibióticos das águas residuais para eliminar os riscos que representam para a sociedade. Os pedaços que eles deixam para trás também devem ser destruídos. p Pesquisadores da Brown School of Engineering da Rice University têm uma nova estratégia para "capturar e zapear" genes resistentes a antibióticos, os pedaços de bactérias que, mesmo que seus hospedeiros estejam mortos, podem encontrar seu caminho e aumentar a resistência de outras bactérias.

p A equipe liderada pelo engenheiro ambiental da Rice, Pedro Alvarez, está usando nanofolhas de nitreto de carbono com impressão molecular para absorver e degradar esses remanescentes genéticos nas águas residuais do sistema de esgoto antes que tenham a chance de invadir e infectar outras bactérias.

p Os pesquisadores direcionaram genes de resistência a antibióticos codificados por plasmídeo (ARG) que codificam para metalo-beta-lactamase 1 de Nova Delhi (NDM1), conhecido por resistir a vários medicamentos. Quando misturado em solução com os ARGs e exposto à luz ultravioleta, as nanofolhas tratadas provaram ser 37 vezes melhores em destruir os genes do que o nitreto de carbono grafítico sozinho.

p O trabalho realizado sob os auspícios do Centro de Pesquisa de Engenharia de Nanosistemas baseado em arroz para Tratamento de Água Habilitado por Nanotecnologia (NEWT) é detalhado na revista American Chemical Society Ciência e Tecnologia Ambiental .

p "Este estudo aborda uma preocupação crescente, o surgimento de bactérias multirresistentes conhecidas como superbactérias, "disse Alvarez, diretor do NEWT Center. “Prevê-se que causem 10 milhões de mortes anuais até 2050.

p “Como engenheiro ambiental, Tenho medo de que alguma infraestrutura hídrica possa abrigar superbactérias, "disse ele." Por exemplo, uma estação de tratamento de águas residuais em Tianjin que estudamos é um terreno fértil, descarregando cinco cepas NDM1-positivas para cada uma que chega. O tanque de aeração é como um hotel de luxo onde todas as bactérias crescem.

p "Infelizmente, alguns superbactérias resistem à cloração, e bactérias resistentes que morrem liberam ARGs extracelulares que se estabilizam por argila em ambientes receptores e transformam bactérias indígenas, tornando-se reservatórios resistentes. Isso ressalta a necessidade de inovação tecnológica, para prevenir a descarga de ARGs extracelulares.

p "Nesse artigo, discutimos uma estratégia trap-and-zap para destruir ARGs extracelulares. Nossa estratégia é usar revestimentos com impressão molecular que aumentam a seletividade e minimizam a interferência de compostos orgânicos de fundo. "

p A impressão molecular é como fazer uma fechadura que atrai uma chave, não muito diferente de enzimas naturais com sítios de ligação que só se adaptam a moléculas da forma certa. Para este projeto, moléculas de nitreto de carbono grafítico são a fechadura, ou fotocatalisador, personalizado para absorver e, em seguida, destruir NDM1.

p Para fazer o catalisador, os pesquisadores primeiro revestiram as bordas da nanofolha com um polímero, ácido metacrílico, e guanina incorporada. "A guanina é a base de DNA mais facilmente oxidada, "Disse Alvarez." A guanina é então lavada com ácido clorídrico, que deixa sua marca. Isso serve como um local de adsorção seletiva para DNA ambiental (eDNA). "

p Danning Zhang, estudante de pós-graduação da Rice, co-autor principal do artigo, o referido nitreto de carbono foi escolhido para as nanofolhas de base porque não é metálico e, portanto, é mais seguro de usar, e por sua fácil disponibilidade.

p Alvarez observou que todos os catalisadores são eficientes na remoção de ARGs de água destilada, mas não tão eficaz no efluente secundário, um produto de estações de tratamento de esgoto após a remoção de sólidos e compostos orgânicos.

p “No efluente secundário, você tem sequestrantes de espécies reativas de oxigênio e outros compostos inibidores, "Disse Alvarez." Essa estratégia de trap-and-zap aumenta significativamente a remoção do gene eDNA, claramente superando os fotocatalisadores comerciais. "

p Os pesquisadores escreveram que os processos de desinfecção convencionais usados ​​em estações de tratamento de águas residuais, incluindo cloração e radiação ultravioleta, são moderadamente eficazes na remoção de bactérias resistentes a antibióticos, mas relativamente ineficazes na remoção de ARGs.

p Eles esperam que sua estratégia possa ser adaptada em escala industrial.

p Zhang disse que o laboratório ainda não realizou testes extensivos em outros ARGs. "Uma vez que a guanina é um constituinte comum do DNA, e, portanto, ARGs, esta abordagem também deve degradar de forma eficiente outros eARGs, " ele disse.

p Há espaço para melhorar o processo atual, apesar de seu extraordinário sucesso inicial. “Ainda não tentamos otimizar o material fotocatalítico ou o processo de tratamento, "Nosso objetivo é oferecer uma prova de conceito de que a impressão molecular pode aumentar a seletividade e eficácia dos processos fotocatalíticos para alvejar eARGs", disse Zhang.

p Qingbin Yuan da Nanjing Tech University, China, é co-autor principal do artigo. Os co-autores são os alunos de pós-graduação da Rice, Ruonan Sun e Hassan Javed, e Gang Wu, professor assistente de hematologia no Centro de Ciências da Saúde da Universidade do Texas na McGovern Medical School de Houston. Pingfeng Yu, um pesquisador de pós-doutorado na Rice, é autor co-correspondente. Alvarez é o professor George R. Brown de Engenharia Civil e Ambiental e professor de química e de engenharia química e biomolecular.