关于活性氧（ROS）的细胞学研究以及抗菌蓝光（aBL）诱导的细菌应激反应，这些反应有助于在废水中灭活耐抗生素细菌（ARB）

《Science of The Total Environment》：Cellular insights into reactive oxidative species (ROS) and bacterial stress responses induced by antimicrobial blue light (aBL) for inactivating antibiotic resistant bacteria (ARB) in wastewater

蓝光LED（aBL）联合光敏剂TMPyP通过生成活性氧（如单线态氧和过氧化氢）有效灭活废水中的多重耐药菌（如铜绿假单胞菌和肠球菌），其机制涉及激活抗氧化（sodA）、DNA修复（recA）和膜应激（tolC）相关基因，同时下调膜通透性基因ompF的表达。研究证实aBL结合TMPyP在 wastewater 处理中具有显著协同效应，且分子响应与细菌存活率相关，为 decentralized 污水消毒提供新策略。

　　在当前全球面临抗生素耐药性（AMR）严重威胁的背景下，寻找一种有效、可持续的污水处理方法变得尤为重要。抗生素耐药性不仅影响人类健康，还对生态系统构成潜在风险。由于传统污水处理方式在去除耐药菌和耐药基因（ARGs）方面存在局限性，因此研究者们开始探索新的消毒技术。其中，抗菌蓝光（aBL）作为一种新兴的非化学消毒手段，因其环保性和高效性而受到关注。本研究旨在深入探讨aBL对耐药细菌（ARB）和耐药基因的灭活机制，同时评估其在污水处理中的应用潜力。

在研究中，使用了两种具有临床意义的耐药菌株：多重耐药的铜绿假单胞菌（P. aeruginosa）PA49和携带vanA基因的粪肠球菌（E. faecium）B7641。实验设计包括aBL单独处理和aBL与TMPyP（一种常用的光敏剂）联合处理。通过比较培养法（CFU）和定量PCR（qPCR）的结果，研究人员发现，在某些情况下，如铜绿假单胞菌的处理中，存在可培养但不可检测的存活细胞（VBNC细胞）。这表明仅依赖培养法可能无法全面评估aBL的灭活效果，因此结合分子方法进行分析显得尤为必要。

此外，研究还利用了选择性的活性氧（ROS）清除剂，以识别在aBL处理过程中起主要作用的ROS种类。通过这些清除剂，研究人员发现，在aBL与TMPyP联合处理的情况下，单线态氧（1O?）和过氧化氢（H?O?）是主要的ROS成分，对细菌灭活和耐药基因的降解起关键作用。这一发现不仅揭示了aBL的杀菌机制，还为优化其在污水处理中的应用提供了理论依据。

在基因表达分析方面，研究聚焦于几种与氧化应激反应相关的基因，包括编码超氧化物歧化酶（SOD）的sodA、与SOS反应相关的recA、参与过氧化氢降解的oxyR，以及与细胞膜保护相关的tolC和ompF。结果表明，这些基因在aBL与TMPyP联合处理下显著上调，说明细菌正在积极应对氧化应激。特别是，sodA和oxyR的上调反映了细菌对氧化损伤的强烈反应，而recA的上调则暗示了DNA修复机制的激活。同时，ompF的下调表明细菌可能正在通过减少膜通透性来保护自身免受有害物质的侵害。

这些基因表达的变化与ROS清除实验的结果相呼应，进一步验证了aBL处理中ROS的作用。通过对比不同处理条件下的基因表达水平，研究揭示了aBL与不同ROS清除剂之间的相互作用，为理解aBL的灭活机制提供了新的视角。此外，研究还指出，aBL与TMPyP的组合不仅提高了细菌灭活效率，还显著增强了对耐药基因的降解能力。

在统计分析方面，使用了Mann-Whitney U检验和单因素方差分析（ANOVA）来评估不同处理条件下的显著性差异。结果显示，在aBL与TMPyP联合处理下，多种基因的表达水平显著变化，表明这种处理方式在触发细菌应激反应方面具有更高的效率。同时，通过计算各ROS的相对贡献率（RC），研究确定了在aBL与TMPyP处理中，1O?和H?O?是主要的ROS成分，对细菌和基因的降解起主导作用。

本研究的发现对于开发和优化基于aBL的污水处理技术具有重要意义。通过结合ROS清除实验和基因表达分析，研究不仅揭示了aBL在灭活耐药菌和耐药基因方面的机制，还强调了在实际应用中选择合适光敏剂和优化处理条件的重要性。这些成果为未来设计更高效的光动力消毒策略提供了理论支持和实验依据。此外，研究还指出了进一步探索ROS与其他消毒手段的协同效应，以及深入理解ROS在细菌细胞和耐药基因层面的相互作用，将是推动该技术应用的关键方向。

综上所述，本研究通过综合分析，揭示了aBL在污水处理中对耐药菌和耐药基因的灭活机制，强调了其作为可持续、可扩展的消毒技术的潜力。未来的研究应继续关注如何提高aBL的效率，并探索其在实际污水处理场景中的应用可能性，以应对抗生素耐药性带来的全球性挑战。