Visible light-driven C/O-g-C3N4 activating peroxydisulfate to effectively inactivate antibiotic resistant bacteria and inhibit the transformation of antibiotic resistance genes: Insights on the mechanism

过氧二硫酸盐 抗生素 转化(遗传学) 细菌 抗生素耐药性 四环素 微生物学 大肠杆菌 化学 基因 四环素类抗生素 激进的 生物物理学 生物 遗传学 生物化学 催化作用
作者
Jinge Du,Na Zhang,Shuanglong Ma,Guansong Wang,Chang Ma,G. G. Liu,Yan Wang,Jingzhen Wang,Tianjun Ni,An Zhen,Weidong Wu
出处
期刊:Journal of Hazardous Materials [Elsevier BV]
卷期号:464: 132972-132972 被引量:33
标识
DOI:10.1016/j.jhazmat.2023.132972
摘要

Antibiotic resistant bacteria (ARB) and antibiotic resistance genes (ARGs) dissemination within water pose a serious threat to public health. Herein, C and O dual-doped g-C3N4 (C/O-g-C3N4) photocatalyst, fabricated via calcination treatment, was utilized to activate peroxydisulfate (PDS) to investigate the disinfection effect on tetracycline-resistant Escherichia coli and the transformation frequency of ARGs. As a result, approximately 7.08 log E. coli were inactivated, and 72.36 % and 53.96 % of antibiotics resistance gene (tetB) and 16 S rRNA were degraded respectively within 80 min. Futhermore, the transformation frequency was reduced to 0.8. Characterization and theoretical results indicated that C and O doping in g-C3N4 might lead to the electronic structure modulation and band gap energy reduction, resulting in the production of more free radicals. The mechanism analysis revealed that C/O-g-C3N4 exhibited a lower adsorption energy and reaction energy barrier for PDS compared to g-C3N4. This was beneficial for the homolysis of O-O bonds, forming SO4•− radicals. The attack of the generated active species led to oxidative stress in cells, resulting in damage to the electron transport chain and inhibition of ATP production. Our findings disclose a valuable insight for inactivating ARB, and provide a prospective strategy for ARGs dissemination in water contamination.
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