中國廣州分析測試中心研究團(tuán)隊探明微塑料與液晶單體等新污染物的微生物毒性效應(yīng)
新污染物是指一類排放到環(huán)境中，具有生物毒性、環(huán)境持久性、生物累積性等特征，對生態(tài)環(huán)境或人體健康存在較大風(fēng)險，但尚未納入管理或現(xiàn)有管理措施不足的有毒有害化學(xué)物質(zhì)。測試所（中廣測）省化學(xué)測量與應(yīng)急檢測技術(shù)重點實驗室環(huán)境污染與健康研究團(tuán)隊圍繞新污染物的潛在環(huán)境風(fēng)險展開了一系列研究。
團(tuán)隊研究了聚苯乙烯微塑料暴露對水生環(huán)境大腸埃希氏菌O157:H7繁殖、代謝及其抗生素耐藥性基因表達(dá)的影響。將一種常見的水源性致病菌（即大腸埃希氏菌O157:H7）分別暴露于不同粒徑聚苯乙烯微納塑料的培養(yǎng)體系中進(jìn)行研究。結(jié)果表明，水生環(huán)境中環(huán)境濃度聚苯乙烯微納塑料的暴露會促進(jìn)大腸埃希氏菌O157:H7的繁殖，并刺激致病菌發(fā)生代謝適應(yīng)性變化，通過增強胞內(nèi)三羧酸循環(huán)和激活胞外谷胱甘肽的合成來應(yīng)對聚苯乙烯微納塑料脅迫誘導(dǎo)產(chǎn)生的氧化應(yīng)激。此外，研究發(fā)現(xiàn)較小尺寸的聚苯乙烯納米塑料會通過介導(dǎo)AcrAB-TolC外排泵的表達(dá)誘導(dǎo)大腸埃希氏菌O157:H7產(chǎn)生更強的抗生素耐藥性，強調(diào)了聚苯乙烯微塑料的共存會提高水生環(huán)境大腸埃希氏菌O157:H7污染的潛在風(fēng)險。
圖1. 聚苯乙烯微納塑料對大腸埃希氏菌O157:H7細(xì)菌學(xué)特性的介導(dǎo)作用
在另一項研究中，該團(tuán)隊與中山大學(xué)課題組合作，研究環(huán)境相關(guān)水平LCMs（液晶單體）暴露對表皮葡萄球菌和大腸桿菌生長、代謝、酶活力及mRNA表達(dá)等過程的影響。結(jié)果表明，LCMs對表皮葡萄球菌的生長抑制率高于大腸桿菌，代謝組學(xué)分析結(jié)果顯示兩種細(xì)菌的脂肪酸代謝失調(diào)相關(guān)產(chǎn)物占差異物質(zhì)總數(shù)的50%以上，而與氧化應(yīng)激相關(guān)的酶活性和mRNA相對表達(dá)水平證實LCMs暴露導(dǎo)致細(xì)菌產(chǎn)生氧化應(yīng)激反應(yīng)和脂質(zhì)過氧化。研究結(jié)果揭示了LCMs暴露使細(xì)菌產(chǎn)生過量的活性氧 (ROS) 和自由基，引起脂質(zhì)過氧化并導(dǎo)致膜損傷，進(jìn)而影響細(xì)胞膜的正常氧化代謝功能的毒性機(jī)制。該項研究填補了LCMs對細(xì)菌毒性數(shù)據(jù)的空白，并為環(huán)境LCMs誘導(dǎo)人類共生菌的代謝異常及相關(guān)機(jī)制提供了新的重要見解。
圖2. LCMs暴露使細(xì)菌產(chǎn)生過量的活性氧 (ROS) 和自由基，引起脂質(zhì)過氧化并導(dǎo)致膜損傷，進(jìn)而影響細(xì)胞膜的正常氧化代謝功能的相關(guān)機(jī)制示意圖
兩項研究均采用了該團(tuán)隊自主研發(fā)的廣譜性固相微萃取探針，并結(jié)合氣相色譜－高分辨質(zhì)譜聯(lián)用儀對細(xì)菌的代謝狀態(tài)進(jìn)行了精準(zhǔn)跟蹤和分析。
上述研究成果分別發(fā)表在《Environmental Science: Nano》和《Environmental Science & Technology》期刊上。相關(guān)研究工作得到了國家自然科學(xué)基金、廣東省基礎(chǔ)與應(yīng)用基礎(chǔ)研究基金等項目的資助。
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論文信息：
Shuting Fang, Yiquan Huang, Zhangmin Xiang, Rong Zeng, Shulin Zeng, Shuqin Liu*. Polystyrene nanoplastics foster Escherichia coli O157:H7 growth and antibiotic resistance with a stimulating effect on metabolism. Environ. Sci. Nano 2023, 10(5), 1341-1351.
Yiquan Huang, Qijun Ruan, Shuting Fang, Yingming Duan, Jiating Zheng, Zhangmin Xiang, Yong Shen, Shuqin Liu*, Gangfeng Ouyang*. Toxicity Assessment of Environmental Liquid Crystal Monomers: A Bacteriological Investigation on Escherichia coli and Staphylococcus epidermidis. Environment Science & Technology 2024, 58(7), 3141-3150.
論文鏈接：
https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2023/en/d2en00982j
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.est.3c08281
