بررسي اثر نانو ذرات آهن صفر ظرفيتي بر حذف ژن هاي مقاومت آنتي بيوتيكي باكتري هاي هتروتروف پساب فاضلاب شهري

Effect of Zero Valent Iron Nanoparticles on Removal of Antibiotic Resistant Genes of Heterotrophic Bacteria in Urban Wastewater

سابقه و هدف: استفاده از نانومواد براي از بين بردن آلاينده هاي مختلف، مواد دارويي و غيرفعال سازي باكتري هاي مختلف آب يا فاضلاب در حال پيشرفت است، اما توانايي تخريب و يا حذف اجزاي ژنتيكي باكتري ها توسط نانوذرات و در پي آن امكان كنترل گسترش مقاومت آنتي بيوتيكي در تصفيه خانه ها به عنوان يك مبحث جديد نياز به بررسي دارد. هدف اصلي اين تحقيق حذف اجزاي ژنتيكي (پلاسميدها و كاسميدهاي حامل ژن هاي مقاومت دارويي) باكتري هاي هتروتروف از پساب، توسط نانوذارت آهن صفر ظرفيتي است.مواد و روش ها: سنجش توانايي نانوذرات آهن صفر ظرفيتي در حذف اجزاي ژنتيكي باكتري به روش سلولي مولكولي و ژن هاي انتخابي tetw (تتراسايكلين) ctxm32، (سفتازيديم) و cmla1 (كلرامفنيكل) بود. براي تشخيص ژن هاي مقاوم از واكنش زنجيره اي پليمراز (pcr) و پرايمرهاي اختصاصي استفاده شد.يافته ها: ميانگين غلظت hpc و arbs در پساب اوليه cfu/ml 105 ×1.68 و 104 ×2.58 بود. ميانگين args بعد از انجام آزمايشات ng/ microl 10.66 ±33.71=(tetw)، ng/ microl 11.60 ±57.71= (cmla1) و ng/ microl 4.85 ±37.71= (ctxm32) حاصل شد. مدل پيشنهادي نرم افزار براي hpc و arbs شامل mg/l23-20=nzvi، l/min 7.8-7=qn2، min30-23=time و براي args نيز mg/l30-28=nzvi، l/min 7.8-7=qn2 و min3830=time بود.استنتاج: nzvi قادر است علاوه بر تخريب و حذف باكتري هاي هتروتروف، اجزاي ژنتيكي باكتري ها و ژن هاي عامل مقاومت آنتي بيوتيكي را تخريب و تجزيه نمايد و بر خلاف تاسيسات كلر زني تصفيه خانه هاي فاضلاب كه منجر به افزايش مقاومت آنتي بيوتيكي در بين باكتري هاي پساب خروجي مي شوند، كاهش محسوسي در جمعيت ميكروبي باكتري هاي مقاوم آنتي بيوتيكي به وجود آورد. ژن هاي ctx-m-32 در برابر nzvi نسبت به tetw و cmla1 مقاومت بالايي دارند.

Background and purpose: Application of nanomaterials is growing in removing various contaminants, pharmaceuticals, and in deactivation of water or sewage bacteria. However, the ability to degrade or eliminate the genetic components of bacteria by nanoparticles and preventing the increasing trend of antibiotic resistance from sewage treatment plants needs to be further investigated. This study aimed at eliminating the genetic components (antibiotic resistance genes) of heterotrophic bacteria from wastewater by Zero Valent Iron Nanoparticles. Materials and methods: To eliminate genetic components of bacteria, the ability of nZVI was measured by cellular and molecular methods to remove the genetic components of the bacteria. Selected genes included TetW (tetracycline) Ctx-m-32 (Ceftazidime), and CmlA1 (Chloramphenicol). Polymerase chain reaction (PCR) and specific primers were used to detect resistant genes. Results: The average concentrations of HPC and ARBs were 1.68 × 105 and 2.58 × 104 cfu/mL in primary effluent. The mean values for ARGs were (TetW)=33.71 ±10.66, (CmlA1)=57.71 ±11.60, and (Ctx-m-32)=37.71 ±4.85 ng/μl after the experiments. The proposed software model for HPC and ARBs included nZVI= 20-23 mg/l, QN2=7-7.8l/min, and time=23-30 min and for ARGs it included nZVI=28-30 mg/l, QN2=7-7.8l/min, and time=30-38 min. Conclusion: Zero Valent Iron Nanoparticles can degrade and eliminate heterotrophic bacteria, and decompose and eliminate the genetic components of bacteria and antibiotic resistance genes. Unlike the chlorination units of sewage treatment plants that increase antibiotic resistance among effluent bacteria, iron significantly reduces the populations of antibiotic resistant bacteria. Compared to TetW and CmlA1, the Ctx-m-32 genes have high stability and durability against nZVI.