近日，广东工业大学环境健康与污染控制研究院、环境科学与工程学院安太成教授团队题为《The stress response mechanisms of biofilm formation under sub-lethal photocatalysis》的学术论文在Applied Catalysis B: Environmental, 2022, 307:121200杂志上发表。论文的第一作者为硕士生陈敏，第二作者为博士生蔡仪威，通讯作者为安太成教授。该研究主要关注在亚致死光催化胁迫下生物膜形成过程中的应激响应机制，揭示了亚致死光催化只能在一定程度上抑制而不能阻止生物膜生长的现象及其发生的原因。该研究为在环境水体水循环过程中抑制生物膜的生长提供了一种有效的策略，对控制和消除生物膜污染具有一定的指导意义。

论文DOI:https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2022.121200

生物膜作为许多细菌的默认生长方式，广泛存在于各种水循环系统、医疗系统和环境自然水体中。给水管道中生物膜形成不仅可能影响水质安全，而且有可能增加人体疾病发生的几率，因此可能对人类健康构成潜在威胁。因此，研究不同系统中生物膜的生长抑制和净化方面工作的近年来得到了广泛关注。同时，由于人工纳米材料的大量生产和应用，纳米颗粒也会被释放到水循环系统中。故而，在污水处理系统紫外线的照射下，细菌有可能会被暴露于纳米颗粒物与紫外线一起形成的亚致死光催化作用中。为了明确在亚致死光催化下生物膜形成的应激和响应机制，本研究首次研制了滴流式生物膜培养装置，构建了耐药铜绿假单胞菌(Pseudomonas aeruginosa, GEN)的生物膜，在此基础上进一步考察了亚致死光催化对该类生物膜形成的影响与响应。

本研究结果表明：亚致死光催化刺激通过降低细菌丰度、降低生物膜厚度、破坏生物膜屏障效应以及降低生物膜的耐药性来抑制生物膜的生长。但事实上，这些存活的细菌对亚致死光催化刺激有强烈的氧化应激响应和EPS分泌响应。此外，我们还发现在亚致死光催化刺激下，存活细菌的生物膜生长相关基因、抗生素抗性相关基因、氧化应激相关基因和EPS分泌相关基因的表达均呈不同程度的上调。随着EPS分泌量的增加，生物膜的屏障作用和厚度也逐渐增加，从而对亚致死光催化刺激产生了防御作用，相关基因的表达也会随之下调，进一步也导致了氧化应激响应和EPS分泌响应的降低。因此，随着培养时间的延长，生物膜的生长和亚致死光催化损伤会达到一定的平衡状态，最终生物膜进入缓慢生长状态。本研究揭示了亚致死光催化诱导的耐药生物膜形成过程中的一系列应激响应机制，揭示了亚致死光催化只能在一定程度上抑制而不能阻止生物膜生长的现象及其发生的本质原因。该论文得到的相关结果为水循环系统中生物膜的抑制生长提供了一种有效策略，同时对控制和消除生物膜污染具有一定的实际指导意义。

论文网址:https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2022.121200

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论文的英文摘要附如下：

ABSTRACT:

Significant health risk existed due to increasing antibiotic-resistant bacteria and forming antibiotic-resistant bacterial biofilms in water. To clearly understand stress response mechanisms of biofilm formation under sub-lethal photocatalysis (PC), a drip flow device was developed to culture biofilm and Pseudomonas aeruginosa (GEN) (resistance to Gentamicin) was constructed to assess effect of sub-lethal PC on biofilm formation. Under sub-lethal PC, overall bacterial abundance of biofilm decreased by 1 - 2 log, and biofilm thickness reduced to 1/3 within 6-day cultivation. Mortality efficiency of bacteria in biofilm also grew, reaching 40.5% on average and up to 59.3% at the highest. Simultaneously, barrier function of biofilm was damaged and antibiotic resistance of biofilm decreased. Molecular regulatory network analysis revealed that genes related to biofilm formation and extracellular polymeric substance secretion up regulated to resist oxidative stress from sub-lethal PC. This work may provide enlightenment to bacterial biofilm control in the water system.