新型生物膜载体在污水处理中的研究现状

生物处理法是污水处理领域的核心技术,其中的生物膜法因具有耐冲击负荷、污泥产量少、运行管理方便等优势,已在全球范围内得到广泛关注。生物膜载体作为微生物附着生长材料,在生物膜处理工艺中起到关键作用,直接影响工艺的处理效果。然而,目前所开发的生物膜载体大多只能为微生物提供适宜稳定的生态位,并不具有强化污水处理效果的能力。为此,本文围绕五种能够提高污染物降解效率的新型生物膜载体(缓释生物膜载体、氧化还原介体生物膜载体、磁性生物膜载体、亲水改性生物膜载体、亲电改性生物膜载体)进行讨论,详细阐述了其具体分类与作用机理,并针对其今后研究方向与未来发展提出建设性建议,以期为未来大范围提标改造污水处理厂提供理论参考。

金属纳米酶在菌斑生物膜相关口腔疾病防治中的研究进展

口腔菌斑生物膜作为多种细菌生存、代谢的基础,使口腔细菌难以被清除。随着抗生素滥用造成的耐药菌群出现,菌斑生物膜相关口腔疾病的防治难度进一步增加。尽管目前在研究生物膜形成、破坏有关机制方面取得了一定进展,但可用于临床的有效治疗方案仍较缺乏。金属纳米酶具有纳米粒子的物理特性及类似天然酶的催化活性。金属纳米酶的纳米级尺寸提供了更大的比表面积,在发挥类酶作用产生大量活性氧的同时促进活性氧快速扩散到活性催化位点,增强纳米酶的抗氧化特性;同时金属纳米酶易通过电化学还原法、溶剂热合成法、微波辅助合成法等方法制取,且具有产生高浓度的羟基自由基、催化牙菌斑生物膜降解、氧化应激裂解葡聚糖抑制生物膜形成、释放金属离子杀灭细菌的潜力,有望成为防治口腔菌斑生物膜相关口腔疾病的新选择。金属纳米酶可通过口服、静脉注射、呼吸等方式进入生物体,但可能引发肺毒性、肝脏毒性、神经毒性等潜在毒性效应。在复杂的生物环境下,金属纳米酶毒性的发生可能涉及多重机制,其作用机制和安全性评价有待深入研究。本文拟从金属纳米酶的特性、抗菌机制、生物毒性及其在菌斑生物膜相关口腔疾病防治中的应用等多个方面阐述金属纳米酶的研究进展,为口腔疾病的防治提供新思路。

细菌生物膜在农产品病害生物防治中的作用及其增强方式

生物膜是生长在物质表面的具有一定黏附性的微生物群落,其中的微生物被包裹在一些自产的多糖、蛋白质、脂质和细胞外DNA组成的胞外聚合物基质中。生物膜难以去除且抗性较强,其对医疗卫生、食品以及海洋工业等方面都存在一定的危害。然而,由芽孢杆菌等细菌形成的生物膜可广泛应用于农业、食品、医药、环境等领域,且可以通过干扰群体感应以及改善培养的环境条件来促进生物膜的生长。作者概述了生物膜形成的过程,重点介绍了细菌生物膜在农产品采前采后的生物防治中的应用,阐述了目前用于促进细菌生物膜形成的方法,为进一步在农业及食品领域开发生物膜的有益功能提供借鉴。

噬菌体抗细菌生物膜机制及应用策略的研究进展

细菌生物膜(bacterial biofilms,BF)是细菌在生物或非生物表面所形成的复杂微生物群落,其形成显著增强了细菌毒力和耐药性,与高比例的慢性细菌感染相关,对人类健康造成严重威胁。传统抗生素和常用消毒剂在清除生物膜方面的能力有限,迫切需要一种有效的新策略治疗细菌生物膜。噬菌体(bacteriophage,phage)作为一类能感染并裂解细菌的病毒,具有较高的安全性和特异度,被认为是治疗细菌生物膜有前景的替代方法。该文综述了噬菌体抗细菌生物膜的作用机制、基于噬菌体及其衍生物在防控细菌生物膜形成的应用策略,为开发高效的噬菌体抗细菌生物膜方法提供新思路。

膜曝气生物膜厚度控制研究进展

生物膜厚度控制是膜曝气生物膜反应器(MABR)工艺运行管理的关键,存在获得最佳碳氮磷同步去除效能的最优生物膜厚度.本文回顾了近20年来有关MABR生物膜厚度控制技术(包括定期冲刷、连续水力剪切、真核生物捕食、群体感应淬灭)的研究发展历程,探讨展望未来的研发方向,以期为MABR工艺向水质提升与节能降碳高质量发展提供参考.

不同填料生物膜对海水养殖尾水的脱氮效能及微生物群落分析

为探究不同填料生物膜对海水养殖尾水氮污染物的处理能力,分别以无填料(C)、牡蛎壳(M)、珊瑚石(S)、弹性填料(T)和悬浮球填料(F)构建5组生物滤池,比较填料生物膜成熟时间、成膜情况及对不同氮污染物的24 h去除能力,同时利用高通量测序技术分析挂膜期间(20、40、60 d)填料生物膜上微生物群落的变化。结果表明:不同填料生物膜成熟时间需要46~50 d,珊瑚石所需时间最短(46 d);扫描电镜显示,弹性填料和悬浮球填料附着生物量最多,以杆状细菌为主;对氨氮、亚硝酸盐氮、硝酸盐氮的24 h去除率最高的填料分别是悬浮球填料(68.66%±6.27%)、珊瑚石(99.99%±0.00%)和悬浮球填料(6.73%±3.41%);高通量测序显示,随着挂膜时间延长,弹性填料生物膜上的细菌丰度显著增加,牡蛎壳和珊瑚石生物膜上的细菌多样性显著下降(P<0.05);在门分类水平上,变形菌门(Proteobacteria)、拟杆菌门(Bacteroidetes)是不同填料生物膜的主要优势菌群,硝化螺旋菌门(Nitrospirae)、硝化刺菌门(Nitrospinae)的相对丰度随挂膜时间延长不断升高;在属分类水平上,亚硝酸菌属(Nitrosomonas)、硝化螺菌属(Nitrospira)、硝化刺菌属(Nitrospina)和未分类_亚硝化单胞菌科(unclassified_Nitrosomonadaceae)是填料生物膜上具有硝化作用的优势菌属,这4种硝化菌属在挂膜60 d时的相对丰度总和从高到低依次为悬浮球填料(42.53%)>牡蛎壳(30.50%)、弹性填料(29.30%)>珊瑚石(11.74%),假单胞菌属(Pseudomonas)、青枯菌属(Ralstonia)、噬几丁质菌属(Chitinophaga)和草螺菌属(Herbaspirillum)等反硝化菌属在珊瑚石填料生物膜上的相对丰度高于其他填料。研究表明,珊瑚石、悬浮球填料能够实现脱氮菌属的高效富集,对海水养殖尾水具有良好的脱氮能力,是较为理想的生物填料。

乳酸菌生物膜的形成、特性及应用研究

大多数乳酸菌作为益生菌被人们熟知并广泛应用于食品领域。生物膜是细菌应对不利环境的自然生长状态。而近些年的相关研究揭示了乳酸菌生物膜的成膜规律和优良特性,也初步探究了乳酸菌生物膜在生产中的应用。为进一步调控和利用乳酸菌生物膜,对乳酸菌生物膜的深入研究和理解十分必要。文章综述了乳酸菌生物膜的形成、细胞黏附胞外聚合物在生物膜形成中的作用,以及乳酸菌与酵母菌的混菌生物膜形成和酵母-乳酸菌相互作用,介绍了乳酸菌生物膜在抗逆、抑菌、食品生产、人体健康等方面的应用,以期为人们了解乳酸菌生物膜和对其进行更深入的研究和应用提供帮助。

EPS及消毒剂对细菌表面附着和初期生物膜形成的影响

为探究胞外聚合物(extracellular polymeric substances, EPS)和消毒剂对细菌表面附着聚集行为的影响,文中以野生型铜绿假单胞菌和藻酸盐分泌过量的突变株为研究对象,分析不同氯浓度条件下细菌EPS生成及其对表面附着和初期生物膜形成的影响。结果表明,相较于野生型,突变型的生物膜形成优势显著,特别是当氯质量浓度≥1.0 mg/L时,强化了其形成优势;EPS也显著提高了生物膜的黏附强度以及降低其表面粗糙程度。低浓度氯促进细菌EPS的生成以及初期生物膜的形成,但高质量浓度氯(3.0 mg/L)则抑制了生物膜的形成,同时也降低了两种菌株生物膜的黏附力与表面粗糙度。对于两种菌株而言,聚氯乙烯(PVC)管材上生物膜的形成优势显著高于不锈钢(STS)管材。

Anammox生物膜富集培养过程中硝化菌的增殖特性

在升流式厌氧固定床生物膜(UAFB)反应器中,通过逐步提升氮负荷富集培养厌氧氨氧化(Anammox)生物膜,考察培养过程中Anammox生物膜上硝化菌的增殖特性.结果表明,逐步提升氮负荷可以成功实现厌氧氨氧化菌(An AOB)的富集,但随着基质浓度的提升,反应器中ΔNO_(3)~-/ΔNH_(4)^(+)比值逐渐从0.76±0.11降低至0.42±0.10,表明高基质浓度更有利于Anammox生物膜的培养且不利于亚硝酸盐氧化菌(NOB)竞争亚硝酸盐.而随着培养进行,生物膜的氨氧化活性(AUR)和亚硝酸盐氧化活性(NUR)均大幅增加但最终趋于稳定.高通量测序结果表明,系统在成功富集了33.51%的Ca.Brocadia和3.02%的Ca.Jettenia的同时,氨氧化菌(AOB)-Nitrosomonas的相对丰度仅有0.78%,但培养后优势NOB-Nitrospira的丰度高达2.32%,因此,Anammox生物膜培养过程中硝化菌的增殖现象不可避免,而明显的NOB优势增殖有可能会对PN/Anammox生物脱氮工艺的稳定运行造成负面影响.

爱媛类芽孢杆菌抗菌肽对白色念珠菌生物膜的抑制作用机制

研究爱媛类芽孢杆菌抗菌肽对白色念珠菌生物膜的抑制作用,采用微量二倍稀释法和时间-杀菌曲线测定抑制效果,显微镜观察对白色念珠菌芽管和菌丝形成的影响,2,3-二(2-甲氧基-4-硝基-5-磺酸基苯基)-2H-四唑-5-甲酰苯胺法研究对生物膜、预成型生物膜形成和成熟生物膜清除率的影响,荧光探针观察对生物膜结构和膜内菌体状态的影响,平板涂布法和实时聚合酶链式反应测定生物膜内活菌数量和相关基因表达水平。结果表明,抗菌肽对白色念珠菌的最小抑菌浓度为8.28 AU/mL。抗菌肽能降低白色念珠菌的芽管形成率,阻止菌丝的生成,使其以酵母形式存在。抗菌肽对生物膜的形成和清除产生影响,能在较短时间内破坏生物膜的结构完整性,导致菌体受损和死亡,减少膜内菌落数量。在基因水平上,抗菌肽可降低多个生物膜形成相关的基因(如ALS1、ALS3、HWP1、EFG1、ECE1和UME6)的表达水平,从而抑制生物膜的形成。研究证明抗菌肽能够有效抑制白色念珠菌生物膜形成、成熟膜清除、成膜基因表达等,结果可为白色念珠菌新型抑菌物质的开发奠定理论基础,为食品病原微生物污染防治和食品质量安全保障提供依据。

海奥口腔生物膜单独或联合同种异骨体对颌骨囊肿术后骨缺损修复效果比较

目的:比较海奥口腔生物膜单独或联合同种异体骨对颌骨囊肿术后骨缺损的修复效果。方法:选择2020年11月—2022年7月入住江南大学附属医院的颌骨囊肿术后骨缺损患者105例进行前瞻性研究。按随机数字表法将患者分为海奥膜组、异体骨组和联合组。其中,海奥膜组(35例)使用海奥口腔生物膜,异体骨组(35例)使用同种异体骨,联合组(35例)联合使用海奥口腔生物膜和同种异体骨。观察并比较3组患者的临床基本资料、切口处愈合疗效、骨缺损处的骨密度、骨吸收量、附着丧失情况。采用SPSS 22.0软件包对数据进行统计学分析。结果:3组患者一般临床资料无显著差异(P>0.05)。联合组术后牙龈软组织形态恢复效果显著优于海奥膜组和异体骨组(P<0.05)。术前,3组患者骨缺损处骨密度无显著差异(P>0.05);术后6个月和12个月,3组骨密度显著改善(P<0.05),且联合组骨密度显著高于海奥膜组和异体骨组(P<0.05)。术前,3组患者垂直骨吸收量和舌侧骨吸收量无显著差异(P>0.05)。术后6个月和12个月,3组垂直骨吸收量和舌侧骨吸收量显著降低(P<0.05);联合组显著小于海奥膜组和异体骨组(P<0.05)。术前,3组患者附着丧失无显著差异(P>0.05)。术后6个月和12个月,3组附着丧失减小(P<0.05);联合组显著小于海奥膜组和异体骨组(P<0.05)。结论:海奥口腔生物膜联合同种异体骨治疗颌骨囊肿术后骨缺损疗效良好,有利于牙龈软组织恢复,改善骨密度,减少骨吸收量和附着丧失。

抗菌肽F1高产菌株筛选鉴定及其对多重耐药菌生物膜形成的抑制作用

该研究以L.paracasei subsp.Tolerans FX-6为出发菌株,经过^(60)Coγ射线辐照诱变,筛选出一株高产抗菌肽F1的突变菌株(菌26)。对菌26进行16S rDNA序列比较分析发现其与FX-6具有高度相似性。进一步对菌26的牛奶发酵粗提物进行分离纯化,成功富集抗菌肽F1。通过抑菌实验发现,菌26的牛奶发酵粗提物对E.coli的最低抑菌质量浓度(Minimum Inhibitory Concentration,MIC)为3.16 mg/mL,较FX-6牛奶发酵粗提物的MIC降低了75%,同时抗菌肽F1的产量也提高了3.03倍,初步推断抗菌肽F1质量浓度与菌株的抑菌活性之间可能存在正相关关系。前期研究已经发现抗菌肽F1对黏菌素耐药大肠杆菌SHP45的MIC为320.0μg/mL,该实验进一步研究表明当抗菌肽F1的质量浓度达到2×MIC时,可抑制50%以上的黏菌素耐药大肠杆菌SHP45生物膜的形成。基于以上研究结果表明,菌26比出发菌株具有更高的产抗菌肽F1能力,且抗菌肽F1对黏菌素耐药大肠杆菌SHP45的生物膜形成具有显著的抑制作用。该研究为高产抗菌肽菌株的获得提供研究思路,并有望为多重耐药细菌感染的防控提供物质基础。

不同改性方法对生物砂滤池生物膜特性及处理受污染原水效果的影响

通过对普通石英砂(QS)进行氨基及铝钙双氢氧化物改性制得氨基改性砂(AMS)和铝钙双氢氧化物改性砂(CAS),分别以QS、AMS、CAS为滤料填充滤池进行挂膜,研究了不同石英砂表面的生物膜量、生物活性、胞外聚合物(EPS)的特性及对受污染原水的处理效果。结果表明,挂膜成功后CAS表面的生物活性最高,为42.00 mgO_(2)/(g·h),生物膜量和胞外聚合物的含量最大,分别为12.43 mg/g、105.09 mg/(g·SS),对COD_(Cr)、NH^(+)_(4)-N的去除率分别稳定在58.20%、89.50%;AMS表面的生物活性、生物膜量、EPS平均含量分别为32.97 mgO_(2)/(g·h)、9.07 mg/g、93.41 mg/(g·SS),对COD_(Cr)、NH^(+)_(4)-N的去除率分别为54.60%、85.10%。三种石英砂表面生物量分布均沿水流方向递减,EPS的含量从溶解性胞外聚合物(SL-EPS)到紧密附着性胞外聚合物(TB-EPS)呈上升趋势。

食源性金黄色葡萄球菌生物膜形成调控与生物防控策略研究进展

生物膜是很多食源性致病菌应对各种极端环境、杀菌理化因子以及维持菌体内环境稳定的重要基质屏障。数据显示,有超过80%的细菌感染由生物膜引起,尤以金黄色葡萄球菌感染多见。食源性金黄色葡萄球菌是引发细菌性食物中毒和食品安全事故的重要风险源,特别是多重耐药菌株。金黄色葡萄球菌的耐药性、致病性和免疫逃逸与生物膜复杂的三维结构有重大关系。由于生物膜结构基因和调控因子结构相对保守,现已成为金黄色葡萄球菌生物防控新的重要的效应靶点。本文从多糖细胞间黏附素、胞外DNA和生物膜形成相关蛋白等角度阐明了生物膜形成机制,从群体感应系统(如Agr系统和LuxS/AI-2群体感应系统)、全局性调控因子(如附属调节因子Sar和转录因子SigB)及双组分信号转导系统(如SrrAB系统、SaeRS系统、ArlRS系统、LytRS系统和WalKR系统)等角度系统阐述了生物膜形成调控机制。最后,从抗菌肽(蛋白)、植物源化合物、生物酶、抗菌药物等角度提出新的防控策略,以期为食源性金黄色葡萄球菌的生物防控提供指导。

细菌生物膜的耐受性、耐药性和治疗策略研究新进展

细菌生物膜与人类健康密切相关。生物膜引起的慢性和复发性感染是当前临床面临的一项重要挑战。生物膜对抗菌药物和宿主免疫系统的抵抗力是导致感染持续存在和反复发作的主要原因。生物膜的高度耐受性和耐药性导致常规抗菌药物无法高效根治生物膜相关性感染,迫切需要研究新型高效的生物膜预防和治疗策略。本文就生物膜的耐受性、耐药性和治疗策略研究新进展作一述评和展望。

蔬菜膳食纤维基多菌群乳酸菌生物膜的制备、表征及其稳定性分析

试验采用自主设计的生物膜形成培养装置,以8种乳酸菌类益生菌为菌种,以MRS复合甘蓝、芹菜、黄瓜、冬瓜等4种蔬菜浆液为营养液,以营养液中的水不溶性蔬菜膳食纤维为载体,进行连续动态培养.结果表明,37℃培养7天时,形成的乳酸菌与蔬菜膳食纤维复合生物膜中的菌浓可达2.24×10^(12)CFU/g,显微表征和菌群结构分析结果表明,乳杆菌属和片球菌属均得到了富集.对获得的乳酸菌与蔬菜膳食纤维复合生物膜进行了贮存试验及模拟消化试验,结果显示25℃6个月后,活菌数仍在10^(6)CFU/g以上,模拟消化后活菌数保持在10^(12)CFU/g以上.本试验结果可为高菌浓益生菌发酵剂、益生菌包埋材料以及益生菌膳食补充剂等的开发提供理论依据及技术支撑.

亚抑菌浓度美罗培南对多重耐药鲍曼不动杆菌生物膜作用的研究

目的:探讨亚抑菌浓度美罗培南对多重耐药鲍曼不动杆菌(MDR-Ab)生物膜作用的影响。方法:采用微量肉汤稀释法测定某三甲医院从临床血液标本中分离的6株碳青霉烯类耐药的多重耐药鲍曼不动杆菌(MDR-AB)对美罗培南的最低抑菌浓度(MIC),结晶紫半定量法测定菌株生物膜形成能力。A组实验用96孔聚苯乙烯板体外构建MDR-AB生物膜的模型,用亚抑菌浓度美罗培南作用于成熟生物膜;B组实验用96孔聚苯乙烯板将MDR-AB浮游菌液与亚抑菌浓度美罗培南共培养。通过结晶紫半定量染色法对生物膜进行染色,再用多功能酶标仪测生物膜在560 nm波长处的OD值。结果:A组a、b、c中所形成生物膜OD值与对照组d组比较,48 h结果有统计学意义(P<0.05),而96h无统计学意义(P>0.05);B组X、Y、Z的生物膜形成过程中,48 h和96 h后OD值与对照组W有统计学意义(P<0.05)。结论:MDR-Ab有形成生物膜的能力;亚抑菌浓度美罗培南具有破坏成熟生物膜的能力,且其破坏能力随着浓度的升高而增强;1/2 MIC、MIC浓度的美罗培南可能抑制MDR-Ab生物膜形成,而1/4 MIC浓度的美罗培南则可能诱导MDR-Ab生物膜形成。

硬脑膜修复生物膜的大鼠原位脑植入局部神经毒性评价方法

目的采用大鼠原位脑植入模型评价硬脑膜修复生物膜的局部神经毒性,旨在建立脑部原位植入局部神经毒性评价方法。方法选择硬脑膜修复生物膜为研究对象,以上市同类产品为对照品,经大鼠原位脑植入,获取包含颅骨、硬脑膜、植入材料及其周围大脑组织的标本。采用苏木精-伊红(hematoxylin-eosin,HE)染色、Fluoro-Jade C(FJC)特殊染色与胶质纤维酸性蛋白(glial fibrillary acidic protein,GFAP)免疫荧光考察植入物周围脑组织的局部组织学反应、神经元降解退行性变与星形胶质细胞增生来综合评价植入物的潜在神经毒性风险。结果植入4周、13周、26周后,与对照品相比,供试品的局部组织学反应均为无刺激反应;FJC染色单位面积阳性细胞数量不存在显著性差异(P>0.05),提示供试品的神经元降解程度与对照组相比不存在显著性差异;GFAP染色单位面积阳性细胞数量不存在显著性差异(P>0.05),提示供试品的星形胶质细胞增生程度与对照组相比不存在显著性差异。结论可以采用HE染色、FJC特殊染色与GFAP免疫荧光染色联合评价硬脑膜修复生物膜经大鼠原位脑植入后的局部神经毒性。

新疆桑白皮提取物对主要致龋细菌生物膜作用的实验研究

目的探讨新疆桑白皮提取物对主要致龋细菌在生物膜状态下产酸、产糖等致龋毒力因子及生物膜活性的影响。方法制备变异链球菌、血链球菌和黏性放线菌3种单菌种菌悬液,分为阴性对照组[不添加新疆桑白皮提取物或氯己定(CHX)];阳性对照组(添加0.05%CHX);实验组(添加不同浓度新疆桑白皮提取物),测定新疆桑白皮提取物对3种致龋细菌生物膜状态下产酸能力的影响,通过测定24 h内不同时间节点pH值制作pH曲线。采用蒽酮硫酸法测定新疆桑白皮提取物对水溶性及水不溶性胞外多糖合成水平的影响。分别采用乳酸脱氢酶(Lactate dehydrogenase,LDH)活性试验和钙离子(Ca^(2+))泄漏实验,测定新疆桑白皮提取物对3种致龋菌生物膜上清液中LDH含量和Ca^(2+)浓度的影响;采用活死菌染色实验,测定新疆桑白皮提取物对3种致龋菌生物膜活性的影响。结果与阴性对照组比较,实验组(除1/4MBIC_(50)实验组)和CHX组生物膜ΔpH值均减小,3种致龋细菌单菌种生物膜产IEPS、SEPS能力降低,上清液中LDH含量和Ca^(2+)浓度升高,生物膜细菌总量下降,死细菌数量增大,活/死细菌比值百分比下降,差异有统计学意义(P<0.05)。与CHX组比较,实验组3种致龋细菌生物膜ΔpH值均增大,生物膜产IEPS、SEPS能力升高,上清液中LDH含量和Ca^(2+)浓度降低,差异有统计学意义(P<0.05)。结论新疆桑白皮对3种致龋细菌生物膜状态下产酸、产糖能力具有一定抑制作用,能够影响破坏3种致龋细菌生物膜的活性。

基于三维生物膜电极的难生化有机化工废水处理研究进展

近年来,难降解有机化工污染物在自然水体中被广泛检出,对水生态环境和人体健康构成了严重威胁。生物膜电极技术因具备环境友好、去除效率高、适用范围广等优点,在难降解污染物处理领域应用前景日渐广阔。对此,介绍了三维生物膜电极(3D-BERs)反应器构建方法,阐述了三维生物膜电极对有机污染物的降解机理,分析了电化学催化氧化与电活性微生物(EAMs)的协同降解作用,从电子迁移强化角度解析了污染物强化降解机制,并概述了3D-BERs的构建方法与运行参数对反应器效率的影响。本文系统综述了3D-BERs在难生化有机化工废水处理领域中的应用与优势,提出了三维生物膜电极技术的发展前景和今后研究工作的重点方向,为难生化有机化工废水的高效处理提供新思路与技术选择。