基于铁矿废料催化异相光芬顿技术高效去除废水中碳青霉烯耐药肺炎克雷伯菌及blaKPC-2基因的研究

针对废水处理厂出水中抗生素耐药菌（ARB）及耐药基因（ARGs）传播难题，研究人员创新性采用铁矿废料催化异相光芬顿技术（UVA/H2O2系统），成功实现碳青霉烯耐药肺炎克雷伯菌（CRKP）完全灭活（150分钟）及blaKPC-2基因降解（90分钟），为低成本控制耐药基因环境扩散提供绿色解决方案。

　　

随着全球抗生素滥用问题加剧，碳青霉烯耐药肺炎克雷伯菌（Carbapenem-Resistant Klebsiella pneumoniae, CRKP）已成为世界卫生组织列出的"关键优先级"病原体。这类"超级细菌"携带的bla_KPC基因能编码水解碳青霉烯类抗生素的酶，使得临床治疗陷入无药可用的困境。更令人担忧的是，传统污水处理工艺对CRKP及其耐药基因的去除效率低下，导致它们通过出水进入自然水体，形成环境耐药基因库。面对这一公共卫生危机，里约热内卢州立大学（Universidade do Estado do Rio de Janeiro）的研究团队独辟蹊径，将目光投向铁矿开采废料——这种含铁量高达67%的工业副产品，开发出低成本、高效率的异相光芬顿（photo-Fenton）水处理技术，相关成果发表在《Journal of Environmental Chemical Engineering》。

研究团队采用从市政污水处理厂分离的ST11型CRKP临床株（含bla_KPC-2基因），通过全基因组测序确认其携带多重耐药基因。核心实验设计包括：比较不同H₂O₂浓度（10-30 mg·L^-1）与铁矿废料催化剂（277 mg·L^-1）的组合效果，采用qPCR-HRM（高分辨率熔解曲线定量PCR）监测基因降解，结合培养法评估细菌灭活效率，并在合成污水和实际二级出水中验证技术可行性。

Klebsiella pneumoniae CCVSU7173 strain characterization
全基因组分析揭示该菌株属于医院暴发常见的ST11型，携带16种耐药基因，对包括美罗培南（MIC>8 μg·mL^-1）在内的9类抗生素耐药。其基因组中检测到的毒力因子与生物膜形成相关，解释了环境存活优势。

Reagents and methods
创新性采用未修饰铁矿废料作为催化剂，在近中性pH（6.2-7.4）条件下运行，避免了传统均相芬顿工艺需酸性环境及铁污泥处理的缺陷。UVA（365 nm）光源与H₂O₂协同产生羟基自由基（·OH），实现"双靶点"攻击——既破坏细菌细胞膜又降解DNA。

Results
在20 mg·L^-1 H₂O₂优化条件下，生理盐水体系120分钟、二级出水150分钟实现CRKP完全灭活。基因降解更快，bla_KPC-2在90分钟内检测限以下。催化剂稳定性突出，铁浸出量<0.1 mg·L^-1，显著低于欧盟排放标准。

Conclusion
该研究首次证实铁矿废料在真实废水基质中对CRKP的持续灭活能力，其环境友好特性体现在三方面：①利用工业废料替代昂贵催化剂；②无需pH调节节省化学品；③同步消除细菌和基因污染。研究为污水处理厂升级提供了每吨水仅需0.04美元铁催化剂的可行方案，对阻断临床耐药菌向环境扩散具有里程碑意义。Montenegro Kaylanne等特别指出，该技术对含多种耐药基因的XDR菌株同样有效，未来可扩展至其他高威胁病原体的控制。