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南京工业大学-Water Research||可生物降解微塑料成抗性基因热点!老化过程驱动病原体富集,湿地生态系统风险加剧

2026-02-07 20:10:36

导语：近期，环境科学顶刊Water Research（影响因子=12.4，中科院一区top，自然指数期刊）发表题为“Polymer type and aging drive the selective enrichment of antibiotic resistance genes and pathogens in microplastics biofilms”的论文，通过原位实验揭示微塑料生物膜中抗生素抗性基因的传播机制，为环境健康风险评估提供新证据。

摘要：本研究针对湿地生态系统中微塑料生物膜，探究了不同聚合物类型（传统聚丙烯PP和可生物降解聚乳酸PLA）及老化状态对抗生素抗性基因（ARGs）和病原体富集的影响。结果表明，微生物优先定殖疏水PP表面，老化处理进一步增强了微塑料-微生物相互作用。尽管PLA的微生物定殖量较低，但富集了更高丰度的优先抗生素抗性病原体和高风险ARGs，且环境老化后这种富集效应加剧。网络分析识别出7个关键移动遗传元件（MGEs），与多个ARGs显著相关，并在PLA生物膜中丰度最高，表明高水平基因转移风险。Enterobacteriaceae被确定为ARGs和MGEs的关键共宿主，在维持抗生素抗性中起核心作用。研究强调可生物降解和老化微塑料在放大抗生素抗性方面的显著生态威胁。

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图 1. （a）聚丙烯微塑料（PP-MPs）和聚乳酸微塑料（PLA-MPs）在老化前（即原始状态）和老化后的傅里叶变换红外光谱（FTIR）。（b）350 个 PP-MPs 和 PLA-MPs 颗粒在 120 小时老化处理后产生的次生微塑料的丰度。（c）原始、老化和生物膜形成的微塑料的扫描电子显微镜（SEM）图像。

图 2. （a）微塑料生物膜的共聚焦激光扫描显微镜荧光图像（绿色代表活跃细菌，红色代表胞外聚合物）。（b）通过 595 纳米吸光度表征的微塑料生物膜生物量及胞外聚合物含量（蛋白质和多糖）。

图 4. （a）门水平的细菌组成及丰度。（b）科水平的细菌组成及丰度。（c）属水平的细菌组成及丰度。（d）显示前 30 种病原体在种水平相对丰度的热图。（e）由微塑料生物膜富集的抗性病原体的丰度（优先级 1、2 和 3 分别代表关键、高和中等优先级病原体）。

图 5. （a）微塑料生物膜、玻璃砂生物膜和水体中富集的抗生素抗性基因（ARGs）丰度。（b）前 50 种 ARG 亚型相对丰度的热图。（c）高风险 ARG 亚型相对丰度的热图。

图 6. （a）由 MPs 生物膜、GS 生物膜和水中富集的 MGEs 的丰度。（b）ARGs 和 MGEs 共现模式的网络分析。节点大小与连接数成正比，边代表两个节点之间的相关性。边表示显著的斯皮尔曼相关性（r > 0.8，p < 0.05），蓝色和红色分别表示正相关和负相关。（c）关键 MGEs 的丰度（单向方差分析，p < 0.05，条形上方的不同字母表示显著差异）。

作者简介

第一作者：Xirong Huang，南京工业大学环境科学与工程学院研究生。

通讯作者：周冉冉，南京工业大学环境科学与工程学院副教授。研究方向聚焦新污染物治理领域。发表论文数十篇。