Исследователи создали светочувствительные кристаллы диоксида титана, которые превращают растворённый в воде кислород в химически активную форму, способную разрушать молекулы, связанные с ДНК. Авторы рассчитывают, что такой подход поможет бороться не только с устойчивыми к антибиотикам бактериями, но и с оставшимся после них генетическим материалом, через который устойчивость может распространяться дальше.
Проблема не заканчивается гибелью бактерии. После обеззараживания в воде могут сохраняться фрагменты внеклеточной ДНК, а другие микроорганизмы способны захватывать чужой генетический материал. Такой обмен относится к горизонтальному переносу генов и позволяет бактериям получать новые свойства, включая устойчивость к антибиотикам.
Чтобы разрушать сам генетический материал, учёные изменили поверхность кристаллов диоксида титана. В кристаллической решётке специально оставили кислородные вакансии, то есть места, где отсутствует атом кислорода. При освещении дефекты становятся активными участками, на которых обычный растворённый кислород легче вступает в химические реакции.
Кристаллы переводят обычный триплетный кислород в синглетное состояние. По химическому составу молекула остаётся тем же O2, но меняется состояние электронов, поэтому кислород становится намного реакционноспособнее. Синглетный кислород охотно забирает электроны у богатых ими молекул и тем самым запускает их окисление.
Для ДНК такое воздействие особенно опасно: активный кислород атакует составляющие генетического материала и повреждает их структуру. Если разрушение заходит достаточно далеко, последовательность уже не может выполнять роль пригодной для передачи генетической инструкции.
В лабораторных опытах исследователи добавляли в воду соединения, связанные с ДНК, и освещали раствор в присутствии нового фотокатализатора. Кристаллы полностью разрушили использованные модельные молекулы. Поэтому работа пока не доказывает, что технология с такой же эффективностью уничтожит полноценные гены антибиотикорезистентности в настоящей сточной или питьевой воде.
Принцип интересен ещё и тем, что для реакции не нужно постоянно добавлять в воду отдельный химический окислитель. Катализатор использует кислород, который уже растворён в воде, а свет запускает его переход в более активное состояние. Авторы считают, что такой механизм потенциально позволит уменьшить количество дополнительных реагентов по сравнению с некоторыми другими окислительными методами очистки.
До применения на водоочистных сооружениях, однако, далеко. Исследователям предстоит проверить материал в реальной воде со сложной смесью солей, органических веществ и микроорганизмов, выяснить, насколько долго кристаллы сохраняют активность, и оценить возможное влияние технологии на человека и окружающую среду. Пока работа показывает прежде всего новый химический механизм: вместо одной только борьбы с живыми бактериями очистку можно направить на генетический материал, который остаётся после них и способен поддерживать распространение антибиотикорезистентности.