UV-C消毒诱导再生水中典型致病菌进入VBNC状态的相关规律及机制研究

UV-C could induce pathogenic bacteria into VBNC state in the water. Resuscitation of pathogenic bacteria will damage public health severely. It is necessary to understand the risk of UV-C disinfection for it is being widely used in reclaimed water treatment. In this project, the type pathogenic bacteria will be used as the objectives. The gene characterization and state validation methods will be set up based on RT-qPCR. The VBNC state induction processes will be detected based on the water factors, such as SS, pH and temperature. Based on single colony growth combining times calculation, the resuscitations factors and process will be detected during the reclaimed water distribution. Resuscitation mechanism of pathogenic bacteria in VBNC state within the pipe biofilm will be studied based on Quorum Sensing theory. Physiology, biochemistry and molecular biology characteristics variation will be detected in the culturability transformation process of type pathogenic bacteria. This project will supply theoretical basis for biological safety of reclaimed water.

紫外光（UV-C）能够诱导水中病原菌进入活的不可培养（VBNC）状态，而VBNC病原菌的可复苏特征严重危害公众健康。由于UV-C广泛应用于再生水消毒，故有必要准确了解其消毒风险。本研究将以再生水中典型致病菌为研究对象，建立基于反转录-qPCR的VBNC细菌的基因表征及状态验证方法；考查颗粒浓度及粒径分布、pH、水温等再生水水质条件下，UV-C对典型致病菌进入VBNC状态的诱导过程；结合单菌落生长模式及代时计算，考查再生水输配过程中VBNC致病菌的复苏因子及复苏过程；基于群体感应（Quorum Sensing）理论，探讨在管网生物膜环境下致病菌的复苏机理；利用形态学分析及分子生物学方法，考查UV-C消毒后典型致病菌在可培养状态转化过程中的生理生化及分子生物学特征变化规律；该项目将通过对UV-C诱导再生水中典型致病菌进入VBNC状态的系统研究，为再生水的生物安全性保障提供理论基础。

细菌中存在可生存但不可培养的（VBNC）状态可能会大大低估与饮用水相关的健康风险。因此研究了紫外线处理在大肠杆菌和铜绿假单胞菌中诱导 VBNC 状态的潜力。紫外线照射后，两种菌株中16S rRNA基因高转录水平的拷贝数变化均不显着，表明两种菌株均诱导了 VBNC 状态。且毒力基因 gadA和 oprL 仍高表达，表明 VBNC 细菌仍显示出致病性。研究设计了使用范围为 0 到 172.2 mJ /cm 2 的连续流紫外线（UVC）辐射的装置，以模拟饮用水（SDW）和再生水（SRW）处理厂中的实际消毒。对UVC诱导的 VBNC 细菌进行了系统的研究，包括孵育后的代谢活性的发生，复苏和时间依赖性恢复。使用CTC-FCM 和D2O标记拉曼光谱法测定其在群体和单细胞水平上的代谢活性。结果表明，在大于等于5 mJ/cm2 UV 照射下，几乎所有菌株都能进入 VBNC 状态。当用 CTC-FCM 测定时，除非 UV 剂量达到200 mJ/cm2，否则每个菌株的群体代谢活性没有显著变化 (p > 0.05) 。研究表明 CTC-FCM 方法适用于评估 VBNC 细菌的基本生存能力，D2O 标记拉曼光谱法记录到明显的剂量-反应效应。许多病原体可以在恶劣的环境压力下进入存活但不可培养的 (VBNC) 状态。这种状态的细菌可以保留活细胞的一些特征，如细胞的完整性，代谢活性和毒力，并且可能会带来与饮用水相关的健康风险。我们研究了氯和氯胺广泛用于饮用水的消毒，可将大肠杆菌诱导为 VBNC 状态能力。有活性的大肠杆菌可通过氯和氯胺作用诱导成VBNC 状态。扫描电子显微镜和激光共聚焦显微镜显示，一些细菌虽然可以保持细胞完整性，但VBNC细胞的平均长度小于可培养细胞的平均长度。与可培养细胞相比，VBNC 细胞的呼吸活性降低了约 50%。另外 soxR，gadA 和 katG 基因仍然高表达，表明 VBNC 细胞具有生理活性。通过计算生成时间确定了氯在 LB 肉汤中诱导的 VBNC 细胞的复苏。最后建立了一个数学模型，以量化氯/氯胺作用对诱导活的但不可培养的（VBNC）大肠杆菌的影响，所产生的模型可以描述氯/氯胺过程中 VBNC 细胞形成的动力学，可以为饮用水处理提供实际指导，也可以用于饮用水管理系统的风险评估。