No es suficiente sacar las bacterias resistentes a los antibióticos de las aguas residuales para eliminar los riesgos que representan para la sociedad. Los pedazos que dejan atrás también deben ser destruidos.

Investigadores de la Escuela de Ingeniería Brown de la Universidad de Rice tienen una nueva estrategia para "atrapar y eliminar" genes resistentes a los antibióticos. los trozos de bacteria que, aunque sus anfitriones estén muertos, pueden encontrar su camino y aumentar la resistencia de otras bacterias.

El equipo dirigido por el ingeniero ambiental de Rice, Pedro Álvarez, está utilizando nanohojas de nitruro de carbono grafítico con impronta molecular para absorber y degradar estos restos genéticos en las aguas residuales del sistema de alcantarillado antes de que tengan la oportunidad de invadir e infectar otras bacterias.

Los investigadores apuntaron a genes resistentes a antibióticos (ARG) codificados por plásmidos que codifican la metalo-beta-lactamasa 1 de Nueva Delhi (NDM1), conocido por resistir múltiples drogas. Cuando se mezcla en solución con los ARG y se expone a la luz ultravioleta, las nanohojas tratadas demostraron ser 37 veces mejores para destruir los genes que el nitruro de carbono grafítico solo.

El trabajo realizado bajo los auspicios del Centro de Investigación en Ingeniería de Nanosistemas para el Tratamiento de Agua con Nanotecnología (NEWT) basado en el arroz se detalla en la revista American Chemical Society Ciencia y Tecnología Ambiental .

"Este estudio aborda una preocupación creciente, la aparición de bacterias multirresistentes conocidas como superbacterias, "dijo Álvarez, director del Centro NEWT. "Se proyecta que causarán 10 millones de muertes anuales para 2050.

"Como ingeniero ambiental, Me preocupa que alguna infraestructura de agua pueda albergar superbacterias, ", dijo." Por ejemplo, una planta de tratamiento de aguas residuales en Tianjin que hemos estudiado es un caldo de cultivo, descarga cinco cepas positivas para NDM1 por cada una que ingresa. El tanque de aireación es como un hotel de lujo donde crecen todas las bacterias.

"Desafortunadamente, algunas superbacterias resisten la cloración, y las bacterias resistentes que mueren liberan ARG extracelulares que se estabilizan con la arcilla en los ambientes receptores y transforman las bacterias autóctonas, convirtiéndose en reservorios resistoma. Esto subraya la necesidad de innovación tecnológica, para prevenir la descarga de ARG extracelulares.

"En este papel, discutimos una estrategia de trampa y zap para destruir ARG extracelulares. Nuestra estrategia es utilizar recubrimientos impresos molecularmente que mejoran la selectividad y minimizan la interferencia de los compuestos orgánicos de fondo ".

La impronta molecular es como hacer un candado que atrae una llave, no muy diferente de las enzimas naturales con sitios de unión que solo se ajustan a moléculas de la forma correcta. Para este proyecto, Las moléculas de nitruro de carbono grafítico son la cerradura, o fotocatalizador, personalizado para absorber y luego destruir NDM1.

Para hacer el catalizador, los investigadores primero recubrieron los bordes de la nanoplaca con un polímero, ácido metacrílico, y guanina incrustada. "La guanina es la base de ADN que se oxida más fácilmente, "Dijo Álvarez." La guanina luego se lava con ácido clorhídrico, que deja su huella. Esto sirve como un sitio de adsorción selectiva para el ADN ambiental (eDNA) ".

El estudiante graduado de Rice, Danning Zhang, coautor principal del artículo, dicho nitruro de carbono se eligió para las nanohojas base porque no es metálico y, por lo tanto, es más seguro de usar, y por su fácil disponibilidad.

Álvarez señaló que todos los catalizadores son eficientes para eliminar los ARG del agua destilada, pero no tan eficaz en efluentes secundarios, un producto de las plantas de tratamiento de aguas residuales después de que se eliminan los sólidos y los compuestos orgánicos.

"En efluente secundario, tiene eliminadores de especies reactivas de oxígeno y otros compuestos inhibidores, "Dijo Alvarez." Esta estrategia de atrapar y zap mejora significativamente la eliminación del gen eDNA, superando claramente a los fotocatalizadores comerciales ".

Los investigadores escribieron que los procesos de desinfección convencionales utilizados en las plantas de tratamiento de aguas residuales, incluyendo cloración y radiación ultravioleta, son moderadamente eficaces para eliminar las bacterias resistentes a los antibióticos, pero relativamente ineficaces para eliminar los ARG.

Esperan que su estrategia se pueda adaptar a escala industrial.

Zhang dijo que el laboratorio aún no ha realizado pruebas exhaustivas en otros ARG. "Dado que la guanina es un componente común del ADN, y por lo tanto ARG, Este enfoque también debería degradar de manera eficiente otros eARG, " él dijo.

Hay margen para mejorar el proceso actual, a pesar de su extraordinario éxito inicial. "Todavía no hemos intentado optimizar el material fotocatalítico ni el proceso de tratamiento, ", Dijo Zhang." Nuestro objetivo es ofrecer una prueba de concepto de que la impresión molecular puede mejorar la selectividad y la eficacia de los procesos fotocatalíticos para apuntar a los eARG ".

Qingbin Yuan de la Universidad Tecnológica de Nanjing, Porcelana, es coautor principal del artículo. Los coautores son los estudiantes graduados de Rice, Ruonan Sun y Hassan Javed, y Gang Wu, profesor asistente de hematología en el Centro de Ciencias de la Salud de la Universidad de Texas en la Escuela de Medicina McGovern de Houston. Pingfeng Yu, investigador postdoctoral en Rice, es coautor correspondiente. Álvarez es el profesor George R. Brown de Ingeniería Civil y Ambiental y profesor de química y de ingeniería química y biomolecular.