Исследователи разработали кристаллы диоксида титана, которые под воздействием света превращают растворённый в воде кислород в химически активную форму, способную разрушать молекулы ДНК. Эта технология может помочь не только уничтожать бактерии, устойчивые к антибиотикам, но и разрушать оставшийся после них генетический материал, через который устойчивость распространяется дальше.
После гибели бактерий в воде остаются фрагменты внеклеточной ДНК. Другие микроорганизмы способны захватывать этот чужой генетический материал — процесс, называемый горизонтальным переносом генов. Таким образом бактерии получают новые свойства, включая устойчивость к антибиотикам.
Учёные модифицировали поверхность кристаллов диоксида титана, оставив в кристаллической решётке кислородные вакансии — места, где отсутствует атом кислорода. При освещении эти дефекты становятся активными участками, на которых растворённый кислород легче вступает в химические реакции.
Кристаллы переводят обычный триплетный кислород в синглетное состояние. Молекула O₂ сохраняет химический состав, но электроны переходят в другое состояние, что делает кислород значительно более реакционноспособным. Синглетный кислород охотно отнимает электроны у богатых ими молекул и запускает их окисление.
Для ДНК такое воздействие особенно опасно: активный кислород атакует компоненты генетического материала и нарушает их структуру. При достаточно глубоком разрушении последовательность теряет способность функционировать в качестве передаваемой генетической инструкции.
В лабораторных экспериментах исследователи добавляли в воду соединения, связанные с ДНК, и освещали раствор с фотокатализатором. Кристаллы полностью разрушили использованные модельные молекулы. Однако эксперимент пока не доказывает, что технология с одинаковой эффективностью уничтожит полноценные гены антибиотикорезистентности в реальной сточной или питьевой воде.
Подход интересен ещё и тем, что не требует постоянного добавления в воду отдельного химического окислителя. Катализатор использует кислород, уже растворённый в воде, а свет запускает его переход в более активное состояние. По мнению авторов, такой механизм потенциально позволит снизить количество дополнительных реагентов по сравнению с некоторыми другими окислительными методами очистки.
До применения на водоочистных сооружениях ещё далеко. Исследователям нужно проверить материал в реальной воде со сложной смесью солей, органических веществ и микроорганизмов, определить стойкость кристаллов и оценить возможное влияние технологии на человека и окружающую среду. На данный момент работа демонстрирует новый химический механизм: очистку можно направить не только на живые бактерии, но и на генетический материал, который остаётся после них и способен поддерживать распространение антибиотикорезистентности.
