Deciphering the Roles of Extracellular Polymeric Substances (EPS) in Shaping Disinfection Kinetics through Permanent Removal via Genetic Disruption

胞外聚合物 铜绿假单胞菌 微生物学 化学 细菌 氯胺 细菌细胞结构 消毒剂 生物膜 生物 遗传学 有机化学
作者
Han Sun,Zhipeng Zhou,Han-Quan Wen,Feifei Chen,Yuan Pan,Qiang Tang,Han‐Qing Yu
出处
期刊:Environmental Science & Technology [American Chemical Society]
卷期号:58 (15): 6552-6563 被引量:1
标识
DOI:10.1021/acs.est.4c01612
摘要

Extracellular polymeric substances (EPS) ubiquitously encapsulate microbes and play crucial roles in various environmental processes. However, understanding their complex interactions with dynamic bacterial behaviors, especially during the disinfection process, remains very limited. In this work, we investigated the impact of EPS on bacterial disinfection kinetics by developing a permanent EPS removal strategy. We genetically disrupted the synthesis of exopolysaccharides, the structural components of EPS, in Pseudomonas aeruginosa, a well-known EPS-producing opportunistic pathogen found in diverse environments, creating an EPS-deficient strain. This method ensured a lasting absence of EPS while maintaining bacterial integrity and viability, allowing for real-time in situ investigations of the roles of EPS in disinfection. Our findings indicate that removing EPS from bacteria substantially lowered their susceptibility threshold to disinfectants such as ozone, chloramine B, and free chlorine. This removal also substantially accelerated disinfection kinetics, shortened the resistance time, and increased disinfection efficiency, thereby enhancing the overall bactericidal effect. The absence of EPS was found to enhance bacterial motility and increase bacterial cell vulnerability to disinfectants, resulting in greater membrane damage and intensified reactive oxygen species (ROS) production upon exposure to disinfectants. These insights highlight the central role of EPS in bacterial defenses and offer promising implications for developing more effective disinfection strategies.
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