本研究構(gòu)建了一種集成了模擬日光輻照的新型藻菌共生反向擴(kuò)散生物膜反應(yīng)器系統(tǒng)（命名為UV-MABAR），旨在模擬自然太陽光條件下，同步高效去除水體中的抗生素（以磺胺甲噁唑SMX為代表）及抗生素抗性基因，并維持系統(tǒng)內(nèi)功能性微生物群落的穩(wěn)定。
在對(duì)照實(shí)驗(yàn)中，不含藻類的系統(tǒng)（UV-MABR）表現(xiàn)出更高的界面排斥能壘，其生物膜內(nèi)的能量代謝（ATP合酶活性，p < 0.01）和DNA修復(fù)相關(guān)基因簇受到顯著抑制，導(dǎo)致生物膜結(jié)構(gòu)失穩(wěn)，功能受損。這直接造成SMX的出水濃度累積峰值高達(dá)138.11 ± 2.34 μg/L，去除效果有限。
與之形成鮮明對(duì)比的是，UV-MABAR系統(tǒng)展現(xiàn)出卓越的協(xié)同去除效能。首先，藻類的存在促進(jìn)了胞外聚合物中酪氨酸類熒光基團(tuán)的動(dòng)態(tài)猝滅，這降低了EPS與SMX分子芳香環(huán)的絡(luò)合潛力，從而提高了SMX的生物可利用性。結(jié)合模擬日光的作用，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了高達(dá)70.75% ± 3.21%的SMX非生物光降解效率。這種高效的源頭削減，從根本上抑制了抗生素抗性基因的選擇壓力與增殖途徑。定量PCR分析表明，與MABR對(duì)照組相比，UV-MABAR系統(tǒng)中兩種關(guān)鍵的磺胺類抗性基因（sul1 和 sul2）的表達(dá)量分別呈現(xiàn)-1.9 log?倍和-1.1 log?倍的顯著下調(diào)。
藻類活動(dòng)對(duì)維持生物膜健康結(jié)構(gòu)至關(guān)重要。在模擬日光壓力下，UV-MABAR系統(tǒng)中的藻類有效緩解了輻照誘導(dǎo)的細(xì)菌蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)變化，即抑制了α-螺旋向（β-折疊+無規(guī)卷曲）的構(gòu)象轉(zhuǎn)變，從而減弱了生物膜基質(zhì)的過度壓實(shí)，有利于物質(zhì)傳輸和代謝活動(dòng)。更為關(guān)鍵的是，藻類的增殖上調(diào)了細(xì)菌中負(fù)責(zé)DNA損傷修復(fù)的關(guān)鍵基因recA的表達(dá)（增加1.7倍）。這種上調(diào)不僅保障了細(xì)菌基因組尤其是負(fù)責(zé)SMX等污染物分解代謝的功能基因簇的完整性，防止了因DNA損傷導(dǎo)致的內(nèi)源性物質(zhì)釋放和細(xì)胞裂解，也間接維護(hù)了生物膜整體的代謝功能和群落穩(wěn)定性。
原文及鏈接：Reduction of antibiotics and antibiotic resistance genes in simulated-sunlight-supported counter-diffusion bacteria-Algae biofilms: Interface properties and functional gene responses?
