抗生素降解酶激活型类芬顿催化体系的构建及其清除水环境中四环素残留的应用研究

【作者】 任昊； 周双； 贺骞； 刘雅红； 安太成； 孙坚；

【机构】 华南农业大学兽医学院；

【摘要】 [目的]过去几十年中,四环素因其成本低廉抗菌效果好且抗菌谱广等优点,被广泛应用于临床诊疗与农业生产,是全球范围内消费量最多的抗生素之一。然而四环素生物利用度低,超过75%的四环素会以原型或代谢物的形式排泄,导致环境中大量四环素残留,成为一种威胁公共健康的潜在污染物。目前针对四环素的环境降解主要有两种方法,即理化降解手段与生物降解法。传统的理化降解手段效率高但催化过程缺乏特异性且存在成本高等不足,而生物降解法特异性强且经济环保但是效率受限,因此开发特异性强且高效的新型四环素降解系统是当前的迫切需求。[方法]通过对本团队前期发现的新型四环素降解酶TET(X4)的酶功能系统性表征[1],再构建了一种铜基金属有机框架(Cu-MOF)包载TET(X4)的复合材料(TM)。[结果]TET(X4)能够响应环境中存在的四环素首先对其进行生物降解催化,其产生的双氧水能够激活Cu-MOF催化类芬顿反应,产生大量的活性自由基进一步促进四环素的降解。通过四环素降解试验我们发现,TM复合材料相比单独使用TET(X4)或Cu-MOF具有更强的降解能力与更快的降解速率。SynergyFinder建模分析证明TM复合材料中的TET(X4)与Cu-MOF在降解四环素的过程中为协同关系,且协同系数高达36.477。进一步的,我们分别在湖水、养殖废水、制药废水以及尿液等水体环境样品中检测TM复合材料的活性,发现其能够在各种水体环境中高效催化四环素的降解。[结论]总的来说,本研究开发了一种整合了抗生素降解酶与类芬顿催化物的新型复合材料,同时兼具了生物降解法与理化降解法的优势,能够实现环境中四环素特异性的高效降解,并为未来开发新型降解策略提供了思路。更多还原