河流中的微塑料传播抗生素微生物

在最近发表在《自然水》杂志上的一项研究中，科学家使用宏基因组和生物组测序研究了微塑料上的病毒分布、宿主相互作用和抗生素抗性基因 (ARG) 的转移。

持久性微塑料污染是人类世的显著特征，它通过毒性浸出和直接渗透到生物组织中，对环境和公共健康构成风险。微塑料为微生物定植和生物膜生长创造了独特的生态位，形成由多样化微生物群落组成的“塑料圈”。这些表面可以选择性地富集病原体，从而可能影响疾病的传播。尽管病毒无处不在，但在塑料圈研究中却在很大程度上被忽视，尽管最近的证据表明它们在微塑料上持续存在并与细菌宿主相互作用。需要开展更多研究，以充分了解病毒群落和耐药基因（ARG）传播对微塑料的生态影响，以及它们对环境和人类健康的影响。

2021年3月，在中国广西壮族自治区北龙江开展了一项针对两种微塑料——聚乙烯 (PE) 和聚丙烯 (PP) 的研究。根据城市化水平和物理化学特性，沿河选择了五个地点，从农村到城市地区。在每个地点，将2.0克微塑料（PE和PP）和天然颗粒（石头、木材、沙子）在河水中培养。微塑料用70%乙醇消毒，并用无菌水冲洗，天然颗粒则进行灭菌处理，以消除原有的细菌和病毒群落。培养时间基于先前研究，表明塑料在30天内即可成功形成生物膜。

培养后，收集微塑料、天然颗粒和水样，并储存于-20°C进行分析。滤除大颗粒和食草动物，并使用电感耦合等离子体发射光谱法测定金属浓度。此外，还测量了其他物理化学特性和城市化水平。

使用 FastDNA Spin 试剂盒提取 DNA，并在 HiSeq X 平台上进行测序。处理高质量读段以预测开放阅读框并去除冗余基因。使用各种生物信息学工具组装和注释细菌基因组。提取、富集并测序病毒 DNA，以识别微塑料上的病毒序列和潜在的病毒簇。

利用宏基因组测序技术，在北龙江流域的微塑料样品中共鉴定出28,732种细菌。优势门为变形菌门（Proteobacteria）、酸杆菌门（Acidobacteria）、放线菌门（Actinobacteria）和绿弯菌门（Chloroflexi），占细菌群落的52.6%。不同地点和不同微塑料类型的细菌丰富度和均匀度均无显著差异。核心细菌群落由25,883种细菌组成，占总检测菌种的78.4%，除一个PE样品外，其他所有样品共有12,284种细菌。大多数细菌种类（28,599种）为PE和PP微塑料所共有，另有49种和84种为PE和PP所特有。

约0.32%的细菌种类为潜在致病菌，共检测到11个门的91种。主要致病菌为洋葱伯克霍尔德菌（13.29%）、肺炎克雷伯菌（10.21%）和铜绿假单胞菌（7.59%）。不同地点微生物群落的相似性存在显著的距离-日效应（R2 = 0.842，P < 0.001）。NMDS分析显示，PE和PP微塑料的细菌群落结构存在差异。

病毒群落共获得226,853个计数，大部分小于1,000 kb。肌尾病毒科和长尾病毒科占病毒丰度的58.8%。不同微塑料类型的病毒丰富度和均匀度差异不显著。病毒计数分为501个属，其中364个属在PE和PP中是共有的。不同地点的病毒群落存在显著的距离-日效应。NMDS分析显示PE和PP微塑料之间的病毒群落存在差异。

利用各种数据库对微塑料中细菌和病毒序列的功能基因进行了注释。大多数病毒基因尚未分类或特征不明确，其中一些与遗传信息处理和细胞过程有关。细菌功能基因也尚未分类，其中一些与代谢途径和生物合成有关。在病毒和细菌序列中发现了金属抗性基因（MRGs）和耐药基因（ARGs），最常见的是对铜、锌、砷和铁的抗性。

细菌耐药基因主要编码对多种药物、大环内酯类、林可酰胺类、链阳霉素类（MLS）以及四环素的耐药性，而病毒耐药基因则包含对甲氧苄啶、四环素和MLS的耐药基因。在病毒及其细菌宿主之间观察到耐药基因和耐药基因的水平转移，表明存在潜在的基因交换，从而促进了微塑料的形成。

研究发现，北仑河中定殖在微塑料上的细菌和病毒群落与天然颗粒物中的存在差异。尽管不同地点的多样性相似，但微塑料的类型影响了群落的组成。重要的是，研究人员鉴定了微塑料上与细菌和病毒相关的潜在病原体和耐药基因。他们观察到病毒和细菌之间水平基因转移的证据，表明微塑料可能促进水环境中抗生素耐药性的传播。这些发现凸显了微塑料污染相关的潜在环境和公共卫生风险。