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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(diǎn)，為把我國(guó)建設(shè)成為世界科技強(qiáng)國(guó)作出新的更大的貢獻(xiàn)。

——習(xí)近平總書記在致中國(guó)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(jì)主戰(zhàn)場(chǎng)、面向國(guó)家重大需求、面向人民生命健康，率先實(shí)現(xiàn)科學(xué)技術(shù)跨越發(fā)展，率先建成國(guó)家創(chuàng)新人才高地，率先建成國(guó)家高水平科技智庫，率先建設(shè)國(guó)際一流科研機(jī)構(gòu)。

——中國(guó)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(xì)菌（VBNC）活性表征方面取得進(jìn)展

2019-06-25 城市環(huán)境研究所

【字體：大中小】

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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(duì)病原微生物的滅活率高，尤其對(duì)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(diǎn)，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(xì)菌進(jìn)入VBNC狀態(tài)，并且在適宜的條件下，該狀態(tài)下的細(xì)菌能夠得到復(fù)蘇。目前，對(duì)VBNC細(xì)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(duì)VBNC狀態(tài)菌的生理活性表征，尤其是單細(xì)胞活性表征，缺乏詳細(xì)的研究。并且，大多數(shù)研究都以模式菌株為對(duì)象，對(duì)環(huán)境菌株的認(rèn)識(shí)尚不夠深入。

　　中國(guó)科學(xué)院城市環(huán)境研究所于鑫團(tuán)隊(duì)在表征VBNC細(xì)菌活性方面取得新進(jìn)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(duì)象，考察不同UV劑量下對(duì)其VBNC狀態(tài)的誘導(dǎo)作用。并運(yùn)用CTC-FCM和重水標(biāo)記單細(xì)胞拉曼光譜的方法在群體和單細(xì)胞水平上表征了VBNC細(xì)菌的呼吸活性和代謝活性。

　　該項(xiàng)工作系統(tǒng)分析了VBNC細(xì)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(cè)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(xì)菌活著，具有不同受損水平或不同休眠程度的細(xì)菌之間的活性沒有顯著差異。由此表明，CTC-FCM適用于檢測(cè)維持細(xì)菌生理活動(dòng)的基礎(chǔ)活性。然而，由重水-拉曼所檢測(cè)的細(xì)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(xì)胞代謝活動(dòng)，如有機(jī)物的合成和利用過程。基于此，D₂O標(biāo)記的拉曼方法適用于確定細(xì)胞的重要生理和生化指標(biāo)的總體代謝活性（包括基本活性）。其次，該項(xiàng)研究能夠在單細(xì)胞水平上檢測(cè)VBNC細(xì)菌活性，并能得到其異質(zhì)性代謝活性分布。該結(jié)果對(duì)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(jì)和更安全的消毒劑量。最后，該項(xiàng)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(duì)UV消毒更強(qiáng)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(duì)UV消毒的實(shí)際應(yīng)用具有一定的指導(dǎo)意義。該項(xiàng)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(chéng)教育基金、國(guó)家自然科學(xué)基金、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃等的支持。

　　文章鏈接

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

圖2 VBNC細(xì)菌在不同紫外劑量下的代謝活性。

圖3 單細(xì)胞水平上，VBNC細(xì)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(gè)備受關(guān)注的問題。目前，世界主要國(guó)家和相關(guān)國(guó)際組織幾乎都采用異養(yǎng)菌平板計(jì)數(shù)法對(duì)水中一般細(xì)菌和病原微生物進(jìn)行檢測(cè)。但是，在不利的營(yíng)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(xì)菌可能會(huì)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(xì)菌被稱為活的但不可培養(yǎng)細(xì)菌（VBNC）。如果VBNC狀態(tài)的細(xì)菌在飲用水中廣泛存在，將使培養(yǎng)法遠(yuǎn)遠(yuǎn)低估水中有活性細(xì)菌的量，使制水者、監(jiān)管者和飲水者對(duì)水質(zhì)的微生物安全性產(chǎn)生誤判，存在著嚴(yán)重的健康風(fēng)險(xiǎn)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(duì)病原微生物的滅活率高，尤其對(duì)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(diǎn)，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(xì)菌進(jìn)入VBNC狀態(tài)，并且在適宜的條件下，該狀態(tài)下的細(xì)菌能夠得到復(fù)蘇。目前，對(duì)VBNC細(xì)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(duì)VBNC狀態(tài)菌的生理活性表征，尤其是單細(xì)胞活性表征，缺乏詳細(xì)的研究。并且，大多數(shù)研究都以模式菌株為對(duì)象，對(duì)環(huán)境菌株的認(rèn)識(shí)尚不夠深入。
　　中國(guó)科學(xué)院城市環(huán)境研究所于鑫團(tuán)隊(duì)在表征VBNC細(xì)菌活性方面取得新進(jìn)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(duì)象，考察不同UV劑量下對(duì)其VBNC狀態(tài)的誘導(dǎo)作用。并運(yùn)用CTC-FCM和重水標(biāo)記單細(xì)胞拉曼光譜的方法在群體和單細(xì)胞水平上表征了VBNC細(xì)菌的呼吸活性和代謝活性。
　　該項(xiàng)工作系統(tǒng)分析了VBNC細(xì)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(cè)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(xì)菌活著，具有不同受損水平或不同休眠程度的細(xì)菌之間的活性沒有顯著差異。由此表明，CTC-FCM適用于檢測(cè)維持細(xì)菌生理活動(dòng)的基礎(chǔ)活性。然而，由重水-拉曼所檢測(cè)的細(xì)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(xì)胞代謝活動(dòng)，如有機(jī)物的合成和利用過程?；诖?，D2O標(biāo)記的拉曼方法適用于確定細(xì)胞的重要生理和生化指標(biāo)的總體代謝活性（包括基本活性）。其次，該項(xiàng)研究能夠在單細(xì)胞水平上檢測(cè)VBNC細(xì)菌活性，并能得到其異質(zhì)性代謝活性分布。該結(jié)果對(duì)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(jì)和更安全的消毒劑量。最后，該項(xiàng)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(duì)UV消毒更強(qiáng)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(duì)UV消毒的實(shí)際應(yīng)用具有一定的指導(dǎo)意義。該項(xiàng)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(chéng)教育基金、國(guó)家自然科學(xué)基金、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃等的支持。
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　　圖1 四種菌株在不同UV劑量下細(xì)胞平均呼吸強(qiáng)度（A）和群體呼吸強(qiáng)度分布（B）。
　　
　　圖2 VBNC細(xì)菌在不同紫外劑量下的代謝活性。
　　
　　圖3 單細(xì)胞水平上，VBNC細(xì)菌代謝異質(zhì)性分布圖

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