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加快打造原始創(chuàng)新策源地，加快突破關(guān)鍵核心技術(shù)，努力搶占科技制高點，為把我國建設(shè)成為世界科技強國作出新的更大的貢獻。

——習(xí)近平總書記在致中國科學(xué)院建院70周年賀信中作出的“兩加快一努力”重要指示要求

面向世界科技前沿、面向經(jīng)濟主戰(zhàn)場、面向國家重大需求、面向人民生命健康，率先實現(xiàn)科學(xué)技術(shù)跨越發(fā)展，率先建成國家創(chuàng)新人才高地，率先建成國家高水平科技智庫，率先建設(shè)國際一流科研機構(gòu)。

——中國科學(xué)院辦院方針

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城市環(huán)境所在活的但不可培養(yǎng)細菌（VBNC）活性表征方面取得進展

2019-06-25 城市環(huán)境研究所

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　　紫外線（UV）消毒作為一種新興的消毒工藝，因其具有對病原微生物的滅活率高，尤其對隱孢子蟲和賈第鞭毛蟲具有較好的滅活作用，并且?guī)缀醪划a(chǎn)生消毒副產(chǎn)物等優(yōu)點，而被逐漸應(yīng)用到污水處理廠、再生水廠及小型自來水廠。近年來的研究表明，UV消毒能夠誘導(dǎo)細菌進入VBNC狀態(tài)，并且在適宜的條件下，該狀態(tài)下的細菌能夠得到復(fù)蘇。目前，對VBNC細菌的研究多集中于誘導(dǎo)條件、復(fù)蘇環(huán)境及感染性，但對VBNC狀態(tài)菌的生理活性表征，尤其是單細胞活性表征，缺乏詳細的研究。并且，大多數(shù)研究都以模式菌株為對象，對環(huán)境菌株的認識尚不夠深入。

　　中國科學(xué)院城市環(huán)境研究所于鑫團隊在表征VBNC細菌活性方面取得新進展，研究成果以Population and single cell metabolic activity of UV-induced VBNC bacteria determined by CTC-FCM and D₂O-labeled Raman Spectroscopy 為題發(fā)表在Environment International上。該工作以從水環(huán)境中分離的兩株條件致病菌（Aeromonas sp. 和 Pseudomonas sp.）以及兩株模式菌株（E.coli 和 S.aureus）作為研究對象，考察不同UV劑量下對其VBNC狀態(tài)的誘導(dǎo)作用。并運用CTC-FCM和重水標記單細胞拉曼光譜的方法在群體和單細胞水平上表征了VBNC細菌的呼吸活性和代謝活性。

　　該項工作系統(tǒng)分析了VBNC細菌的活性和UV劑量的關(guān)系。結(jié)果表明，在各UV劑量下（0-200 mJ/cm²），由CTC-FCM所檢測的呼吸活性保持在較高水平，并且其與UV劑量之間沒有明顯的劑量-效應(yīng)關(guān)系。只要細菌活著，具有不同受損水平或不同休眠程度的細菌之間的活性沒有顯著差異。由此表明，CTC-FCM適用于檢測維持細菌生理活動的基礎(chǔ)活性。然而，由重水-拉曼所檢測的細胞代謝活性與UV劑量之間呈現(xiàn)了顯著的劑量-效應(yīng)關(guān)系。眾所周知，H₂O以直接或間接的方式廣泛參與細胞代謝活動，如有機物的合成和利用過程。基于此，D₂O標記的拉曼方法適用于確定細胞的重要生理和生化指標的總體代謝活性（包括基本活性）。其次，該項研究能夠在單細胞水平上檢測VBNC細菌活性，并能得到其異質(zhì)性代謝活性分布。該結(jié)果對于優(yōu)化滅菌過程具有重要意義，可以基于此確定更經(jīng)濟和更安全的消毒劑量。最后，該項工作的結(jié)果表明模式菌株和環(huán)境菌株表現(xiàn)出不同的抗逆性。例如，與大腸桿菌相比，Aeromonas sp.,這一環(huán)境菌株在可培養(yǎng)性方面表現(xiàn)出對UV消毒更強的敏感性，但該環(huán)境菌株卻能保持更高的代謝活性，這一結(jié)果對UV消毒的實際應(yīng)用具有一定的指導(dǎo)意義。該項研究的第一作者是博士生郭立崢，通訊作者是研究員于鑫和張勝華，研究得到王寬誠教育基金、國家自然科學(xué)基金、國家重點研發(fā)計劃等的支持。

　　文章鏈接

圖1 四種菌株在不同UV劑量下細胞平均呼吸強度（A）和群體呼吸強度分布（B）。

圖2 VBNC細菌在不同紫外劑量下的代謝活性。

圖3 單細胞水平上，VBNC細菌代謝異質(zhì)性分布圖

　　飲用水微生物安全一直以來都是一個備受關(guān)注的問題。目前，世界主要國家和相關(guān)國際組織幾乎都采用異養(yǎng)菌平板計數(shù)法對水中一般細菌和病原微生物進行檢測。但是，在不利的營養(yǎng)、pH、溫度、滲透壓、消毒劑等外界環(huán)境條件誘導(dǎo)下，水中的細菌可能會喪失可培養(yǎng)性，但其仍能保持一定生理和代謝活性，且在合適的條件刺激下，仍有可能恢復(fù)成可培養(yǎng)狀態(tài)。這種狀態(tài)下的細菌被稱為活的但不可培養(yǎng)細菌（VBNC）。如果VBNC狀態(tài)的細菌在飲用水中廣泛存在，將使培養(yǎng)法遠遠低估水中有活性細菌的量，使制水者、監(jiān)管者和飲水者對水質(zhì)的微生物安全性產(chǎn)生誤判，存在著嚴重的健康風(fēng)險和安全隱患。
　　紫外線（UV）消毒作為一種新興的消毒工藝，因其具有對病原微生物的滅活率高，尤其對隱孢子蟲和賈第鞭毛蟲具有較好的滅活作用，并且?guī)缀醪划a(chǎn)生消毒副產(chǎn)物等優(yōu)點，而被逐漸應(yīng)用到污水處理廠、再生水廠及小型自來水廠。近年來的研究表明，UV消毒能夠誘導(dǎo)細菌進入VBNC狀態(tài)，并且在適宜的條件下，該狀態(tài)下的細菌能夠得到復(fù)蘇。目前，對VBNC細菌的研究多集中于誘導(dǎo)條件、復(fù)蘇環(huán)境及感染性，但對VBNC狀態(tài)菌的生理活性表征，尤其是單細胞活性表征，缺乏詳細的研究。并且，大多數(shù)研究都以模式菌株為對象，對環(huán)境菌株的認識尚不夠深入。
　　中國科學(xué)院城市環(huán)境研究所于鑫團隊在表征VBNC細菌活性方面取得新進展，研究成果以Population and single cell metabolic activity of UV-induced VBNC bacteria determined by CTC-FCM and D2O-labeled Raman Spectroscopy 為題發(fā)表在Environment International上。該工作以從水環(huán)境中分離的兩株條件致病菌（Aeromonas sp. 和 Pseudomonas sp.）以及兩株模式菌株（E.coli 和 S.aureus）作為研究對象，考察不同UV劑量下對其VBNC狀態(tài)的誘導(dǎo)作用。并運用CTC-FCM和重水標記單細胞拉曼光譜的方法在群體和單細胞水平上表征了VBNC細菌的呼吸活性和代謝活性。
　　該項工作系統(tǒng)分析了VBNC細菌的活性和UV劑量的關(guān)系。結(jié)果表明，在各UV劑量下（0-200 mJ/cm2），由CTC-FCM所檢測的呼吸活性保持在較高水平，并且其與UV劑量之間沒有明顯的劑量-效應(yīng)關(guān)系。只要細菌活著，具有不同受損水平或不同休眠程度的細菌之間的活性沒有顯著差異。由此表明，CTC-FCM適用于檢測維持細菌生理活動的基礎(chǔ)活性。然而，由重水-拉曼所檢測的細胞代謝活性與UV劑量之間呈現(xiàn)了顯著的劑量-效應(yīng)關(guān)系。眾所周知，H2O以直接或間接的方式廣泛參與細胞代謝活動，如有機物的合成和利用過程?；诖?，D2O標記的拉曼方法適用于確定細胞的重要生理和生化指標的總體代謝活性（包括基本活性）。其次，該項研究能夠在單細胞水平上檢測VBNC細菌活性，并能得到其異質(zhì)性代謝活性分布。該結(jié)果對于優(yōu)化滅菌過程具有重要意義，可以基于此確定更經(jīng)濟和更安全的消毒劑量。最后，該項工作的結(jié)果表明模式菌株和環(huán)境菌株表現(xiàn)出不同的抗逆性。例如，與大腸桿菌相比，Aeromonas sp.,這一環(huán)境菌株在可培養(yǎng)性方面表現(xiàn)出對UV消毒更強的敏感性，但該環(huán)境菌株卻能保持更高的代謝活性，這一結(jié)果對UV消毒的實際應(yīng)用具有一定的指導(dǎo)意義。該項研究的第一作者是博士生郭立崢，通訊作者是研究員于鑫和張勝華，研究得到王寬誠教育基金、國家自然科學(xué)基金、國家重點研發(fā)計劃等的支持。
　　文章鏈接
　　
　　
　　圖1 四種菌株在不同UV劑量下細胞平均呼吸強度（A）和群體呼吸強度分布（B）。
　　
　　圖2 VBNC細菌在不同紫外劑量下的代謝活性。
　　
　　圖3 單細胞水平上，VBNC細菌代謝異質(zhì)性分布圖

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