中國廣州測試中心研究團隊探明微塑料與液晶單體等新污染物的微生物毒性效應
新污染物是指一類排放到環境中，具有生物毒性、環境持久性、生物累積性等特征，對生態環境或人體健康存在較大風險，但尚未納入管理或現有管理措施不足的有毒有害化學物質。廣東省科學院測試分析研究所（簡稱：測試所）/中國廣州分析測試中心（簡稱：中廣測）省化學測量與應急檢測技術重點實驗室環境污染與健康研究團隊圍繞新污染物的潛在環境風險展開了一系列研究。
團隊研究了聚苯乙烯微塑料暴露對水生環境大腸埃希氏菌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體系中進行研究。結果表明，水生環境中環境濃度聚苯乙烯微納塑料的暴露會促進大腸埃希氏菌O157:H7的繁殖，并刺激致病菌發生代謝適應性變化，通過增強胞內三羧酸循環和激活胞外谷胱甘肽的合成來應對聚苯乙烯微納塑料脅迫誘導產生的氧化應激。此外，研究發現較小尺寸的聚苯乙烯納米塑料會通過介導AcrAB-TolC外排泵的表達誘導大腸埃希氏菌O157:H7產生更強的抗生素耐藥性，強調了聚苯乙烯微塑料的共存會提高水生環境大腸埃希氏菌O157:H7污染的潛在風險。
圖1. 聚苯乙烯微納塑料對大腸埃希氏菌O157:H7細菌學特性的介導作用
在另一項研究中，該團隊與中山大學課題組合作，研究環境相關水平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表達等過程的影響。結果表明，LCMs對表皮葡萄球菌的生長抑制率高于大腸桿菌，代謝組學分析結果顯示兩種細菌的脂肪酸代謝失調相關產物占差異物質總數的50%以上，而與氧化應激相關的酶活性和mRNA相對表達水平證實LCMs暴露導致細菌產生氧化應激反應和脂質過氧化。研究結果揭示了LCMs暴露使細菌產生過量的活性氧 (ROS) 和自由基，引起脂質過氧化并導致膜損傷，進而影響細胞膜的正常氧化代謝功能的毒性機制。該項研究填補了LCMs對細菌毒性數據的空白，并為環境LCMs誘導人類共生菌的代謝異常及相關機制提供了新的重要見解。
圖2. LCMs暴露使細菌產生過量的活性氧 (ROS) 和自由基，引起脂質過氧化并導致膜損傷，進而影響細胞膜的正常氧化代謝功能的相關機制示意圖
兩項研究均采用了該團隊自主研發的廣譜性固相微萃取探針，并結合氣相色譜－高分辨質譜聯用儀對細菌的代謝狀態進行了精準跟蹤和分析。
上述研究成果分別發表在《Environmental Science: Nano》和《Environmental Science & Technology》期刊上。相關研究工作得到了國家自然科學基金、廣東省基礎與應用基礎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
