Antibacterial Mechanisms of Reduced Iron-Containing Smectite–Illite Clay Minerals

抗菌活性 粘土矿物 伊利石 化学 蒙脱石 插层(化学) 核化学 吸附 无机化学 非闪锌矿 矿物学 细菌 有机化学 地质学 古生物学
作者
Dongyi Guo,Qingyin Xia,Qiang Zeng,Wang Xi,Huijuan Dong
出处
期刊:Environmental Science & Technology [American Chemical Society]
卷期号:55 (22): 15256-15265 被引量:22
标识
DOI:10.1021/acs.est.1c04367
摘要

Reduced nontronite has been demonstrated to be antibacterial through the production of hydroxyl radical (•OH) from the oxidation of structural Fe(II). Herein, we investigated the antibacterial activity of more common smectite–illite (S–I) clays toward Escherichia coli cells, including montmorillonite SWy-3, illite IMt-2, 50–50 S–I rectorite RAr-1, 30–70 S–I ISCz-1, and nontronite NAu-2. Under an oxic condition, reduced clays (with a prefix r before mineral names) produced reactive oxygen species (ROS), and the antibacterial activity followed the order of rRAr-1 > rSWy-3 ≥ rNAu-2 ≫ rIMt-2 ≥ rISCz-1. The strongest antibacterial activity of rRAr-1 was contributed by a combination of •OH and Fe(IV) generated from structural Fe(II)/adsorbed Fe2+ and soluble Fe2+, respectively. Higher levels of lipid and protein oxidation, intracellular ROS accumulation, and membrane disruption were consistent with this antibacterial mechanism of rRAr-1. The antibacterial activity of other S–I clays depended on layer expandability, which determined the reactivity of structural Fe(II) and the production of •OH, with the expandable smectite being the most antibacterial and nonexpandable illite the least. Our results provide new insights into the antibacterial mechanisms of clay minerals.
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