一種基于光催化淬滅群體感應(yīng)信號(hào)的生物膜控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種基于光催化淬滅群體感應(yīng)信號(hào)的生物膜控制方法，是一種新型的生物膜控制方法，屬于細(xì)菌學(xué)和環(huán)境工程領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]生物膜(Bacterial b1film)是指細(xì)菌粘附于接觸表面，分泌多糖基質(zhì)、纖維蛋白、脂質(zhì)蛋白等，將其自身包繞其中而形成的大量細(xì)菌聚集膜樣物。生物膜在自然環(huán)境中隨處可見。生物膜復(fù)雜的微觀結(jié)構(gòu)使得其具有很強(qiáng)的吸附性能，并廣泛地存在于地表水表面、污水處理廠、飲用水管道、船幫、橋墩、建筑表面、醫(yī)療器械、甚至牙齒上。生物膜法或者膜生物法在受污染水體修復(fù)和污水處理方面具有水環(huán)境保護(hù)的積極作用。但生物膜在膜-水界面上積累過分生長(zhǎng)會(huì)造成膜污染進(jìn)而影響系統(tǒng)性能。膜的生物污染分兩個(gè)階段:粘附和生長(zhǎng)。粘附的微生物細(xì)胞會(huì)在進(jìn)水營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的供養(yǎng)下成長(zhǎng)繁殖，形成生物膜。生物污染問題是造成膜污染的最主要的原因。目前的主要控制方法是通過往溶液中投入生物殺蟲劑或者殺菌劑等，導(dǎo)致細(xì)胞死亡或者抑制細(xì)菌生長(zhǎng)等途徑來控制生物膜的形成和生長(zhǎng)。但是這些方法不但成本較高，也會(huì)投入的化學(xué)試劑也可能引起環(huán)境的二次污染。因此亟需發(fā)展一種新型的生物膜控制方法。
[0003]近年的研究證實(shí)，細(xì)菌生物膜的形成受細(xì)菌群體感應(yīng)系統(tǒng)的調(diào)控。細(xì)菌可通過自身分泌和感知不同的群體感應(yīng)信號(hào)分子來進(jìn)行交流，并調(diào)節(jié)生物膜形成等生理活動(dòng)。群體感應(yīng)信號(hào)分子的種類眾多，其中A1-2是唯一一種能既能進(jìn)行種內(nèi)交流，也能介導(dǎo)種間交流的信號(hào)分子。自然界中絕大多數(shù)環(huán)境中都為多種菌種共生，不同菌種間通過信號(hào)傳遞相互調(diào)節(jié)，因而對(duì)廣譜性分子A1-2 (呋喃硼酸二酯)的抑制更具有可操作性。已有報(bào)道證明，通過干擾A1-2群體感應(yīng)系統(tǒng)可以控制生物膜的形成而不損傷細(xì)菌活性。例如，蘇云金芽孢桿菌合成的aiiA酶可以降解群體感應(yīng)信號(hào)分子，而呋喃酮類化合物可作為群體感應(yīng)信號(hào)分子的抑制劑，從而影響了細(xì)菌生物膜的形成。但前者需進(jìn)行混菌培養(yǎng)，會(huì)引入新的微生物污染，而且向環(huán)境引入基因工程菌株，有可能引起潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，從而限制了其實(shí)際應(yīng)用；后者加入大量的化學(xué)試劑，不但有可能造成二次污染，而且成本大。研究報(bào)道顯示光催化納米材料能夠在光激發(fā)條件下產(chǎn)生光生電子和空穴。這些電子和空穴通過一系列的轉(zhuǎn)化，能夠產(chǎn)生多種活性氧，特別是羥基自由基。這些活性氧能夠和有機(jī)分子反應(yīng)，從而導(dǎo)致有機(jī)污染物的降解。而作為群體感應(yīng)調(diào)控的信號(hào)分子A1-2，它本身的化學(xué)結(jié)構(gòu)顯示其易于被羥基自由基等R0S分子降解。
[0004]針對(duì)目前水污染處理工藝中評(píng)測(cè)缺乏安全高效生物膜控制方法的困境，本發(fā)明利用光激發(fā)納米材料產(chǎn)生活性氧，以淬滅降解群體感應(yīng)信號(hào)分子，進(jìn)而控制生物膜的形成。這種新型方法既可以緩解膜分離單元中的堵塞等問題，又不會(huì)因?yàn)闅⑺兰?xì)菌而影響生物處理單元對(duì)污水處理的能力，因而對(duì)生物膜污染的控制具有重要應(yīng)用價(jià)值。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明提出了一種基于光催化納米材料產(chǎn)生活性氧淬滅群體感應(yīng)信號(hào)分子A1-2，從而控制生物膜形成的新方法。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
(1)將保存在甘油中的細(xì)菌劃線于酵母膏蛋白胨固體培養(yǎng)基(LB固體培養(yǎng)基，含酵母提取物5 g/L、蛋白胨10 g/L、NaCl 10 g/L、2%瓊脂)上，恒溫培養(yǎng)箱中過夜培養(yǎng)；
(2)挑取步驟(1)中過夜培養(yǎng)得到的細(xì)菌單克隆，接入50mL酵母膏蛋白胨液體培養(yǎng)基(LB液體培養(yǎng)基，含酵母提取物5 g/L、蛋白胨10 g/L、NaCl 10 g/L)，在好氧條件下于恒溫?fù)u床中180 rpm振蕩培養(yǎng)至對(duì)數(shù)后期；
(3)離心收集菌體:采用6000rpm轉(zhuǎn)速離心5 min收集菌體，然后用1% NaCl溶液重懸并清洗三次，再次6000 rpm轉(zhuǎn)速離心5 min收集菌體；
(4)用新鮮LB液體培養(yǎng)基配制一定濃度的納米材料懸浮液，超聲30min待用；
(5)將步驟(3)中離心收集的菌體加入到步驟(4)中納米材料懸浮液中，并調(diào)節(jié)菌濃至初始濃度為107 CFU/mL ;
(6)將步驟(5)中菌液加入到96孔板中，每孔加200yL，置于一定強(qiáng)度光照下靜置培養(yǎng)，定期取樣，利用檢測(cè)發(fā)光弧菌Vibr1 harveyi BB170檢測(cè)AI_2信號(hào)分子的濃度(Zhao L， et al.Staphylococcus aureus A1-2 quorum sensing associates with theKdpDE two-component system to regulate capsular polysaccharide synthesis andvirulence.1nfect1n and immunity, 2010，78(8): 3506-3515)o
[0007](8)實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，利用結(jié)晶紫染色分析生物膜的形成量。
[0008]其中，步驟(1)中所述的細(xì)菌為能夠產(chǎn)生A1-2信號(hào)分子的細(xì)菌。
[0009]其中，步驟(4)中所述的納米材料為具有光激發(fā)性能的半導(dǎo)體納米材料；所述納米材料懸浮液的濃度根據(jù)納米材料的光激發(fā)效率和納米材料對(duì)細(xì)菌的毒性進(jìn)行優(yōu)化。
[0010]本發(fā)明的有益效果:
本發(fā)明以群體感應(yīng)調(diào)控的角度入手，本發(fā)明利用光催化納米材料產(chǎn)生活性氧R0S降解細(xì)菌群體感應(yīng)信號(hào)分子A1-2，干擾細(xì)菌群體感應(yīng)系統(tǒng)，進(jìn)而調(diào)控細(xì)菌生物膜的形成，而不同于普通的光催化殺菌；兩者的區(qū)別在于本發(fā)明產(chǎn)生的R0S是低濃度的，其本身不會(huì)對(duì)細(xì)菌造成危害，而僅是通過淬滅A1-2信號(hào)分子達(dá)到控制生物膜生長(zhǎng)的目的。本方法避免了傳統(tǒng)添加抗菌劑的生物膜控制方法，能夠減小成本，避免對(duì)環(huán)境造成污染，同時(shí)也不會(huì)對(duì)細(xì)菌菌體造成毒害，從而在不影響細(xì)菌活性的基礎(chǔ)上，達(dá)到控制細(xì)菌生物膜形成的目的；本發(fā)明解決了已有的干擾群體感應(yīng)系統(tǒng)抑制生物膜方法中存在的技術(shù)要求高、成本大、易產(chǎn)生二次污染等問題，是一種易于實(shí)現(xiàn)、安全高效的生物膜控制新方法，具有較強(qiáng)的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。
【附圖說明】
[0011]圖1是光催化淬滅A1-2信號(hào)分子控制生物膜形成的示意圖；
圖2是光催化淬滅后A1-2信號(hào)分子活性變化情況；
圖3是生物膜形成分析。
【具體實(shí)施