發(fā)表時間：2024年12月

合作單位：農業(yè)農村部農業(yè)環(huán)境保護研究所

發(fā)表期刊：Journal of Hazardous Materials（IF 8.9）

研究背景

塑料污染現(xiàn)狀嚴峻且向納米級轉化：塑料已成為現(xiàn)代生活不可或缺的材料，但大量塑料廢棄物造成了全球緊迫的環(huán)境問題，在水、海洋生物、人類排泄物甚至極地沉積物等多種介質中均有檢出。環(huán)境風化作用使塑料碎片逐漸分解為微塑料（<5μm）和納米塑料（<1μm），其中納米塑料（NPLs）因更豐富、反應性更強，能到達更偏遠區(qū)域并穿透活細胞，環(huán)境風險遠高于微塑料。納米塑料與抗生素抗性基因（ARGs）的關聯(lián)研究不足：已有研究表明塑料可促進 ARGs 增殖，且納米材料（如金屬納米顆粒 AgNPs、ZnO NPs）與細菌抗生素抗性進化相關，但關于納米塑料對細菌抗生素抗性的影響尚不明確。金屬納米顆粒與納米塑料在物理化學性質和界面活性上存在本質差異，且雖有研究指出微塑料可吸附 ARGs 加速其傳播，但納米塑料與耐藥菌共存狀態(tài)及作用機制的研究仍較零散。

粘質沙雷氏菌的研究價值：粘質沙雷氏菌在自然環(huán)境中分布廣泛，可定殖于水和土壤介質，是醫(yī)院獲得性感染的重要條件致病菌，能引發(fā)肺炎、尿路感染和敗血癥等疾病，且其自身攜帶 ARGs。隨著廣譜抗生素的大量使用，該菌的耐藥性增強，對臨床治療構成挑戰(zhàn)，因此研究納米塑料脅迫下其抗生素抗性軌跡具有重要意義。

測序策略

轉錄組測序（RNA-seq）+基因組測序

研究結論

1、納米塑料可促進粘質沙雷氏菌抗生素抗性進化，且作用受粒徑影響：

暴露于納米塑料后，粘質沙雷氏菌對磺胺甲噁唑（SMX）、諾氟沙星（NOR）、鏈霉素（STR）、卡那霉素（KA）等抗生素的抑菌圈逐漸縮小，ARGs 相對豐度顯著高于無納米塑料組（CK），且呈現(xiàn) “200nm 納米塑料組（T2）>600nm 納米塑料組（T1）>CK” 的規(guī)律（T2、T1、CK 的 ARGs 相對豐度中位數(shù)分別為 0.82%、0.62%、0.56%）。

隨著傳代，CK 和 T1 組的 ARGs 豐度呈下降趨勢（歸因于基因適應性成本），但 T1 組下降幅度小于 CK 組，而 T2 組 ARGs 豐度呈上升趨勢，表明小粒徑納米塑料對細菌抗生素抗性進化的促進作用更顯著。

2、不同粒徑納米塑料促進抗性進化的機制存在差異：

600nm 納米塑料：主要通過影響細菌細胞膜通透性促進抗性。轉錄組分析顯示，其誘導的差異表達基因（DEGs）多與物質運輸和細胞膜功能相關，如 LysE 家族轉運蛋白、ABC 轉運蛋白通透酶等表達上調，增強抗生素外排能力，進而提升細菌抗性。

200nm 納米塑料：主要通過調控細菌代謝過程增強抗性。其誘導的 DEGs 多參與氧化還原過程、羧酸代謝過程等，如硫胺素焦磷酸結合蛋白（TPP）下調導致細菌代謝受損，激活抗性相關基因表達；環(huán)氧奎奴基還原酶 QueH 上調提高細菌蛋白質合成效率，促進外排泵等抗性相關蛋白合成。同時，200nm 納米塑料對細菌生長抑制更強，使細菌進入低代謝休眠狀態(tài)，抵抗抗生素攻擊。

3、納米塑料通過誘導基因突變增強細菌抗性：

納米塑料暴露會導致粘質沙雷氏菌發(fā)生單核苷酸多態(tài)性（SNP）突變，且粒徑越小突變概率越高（T2 組 SNP 純合子數(shù)量 31513 個，T1 組 31380 個）。突變基因功能主要涉及催化活性、結合、細胞膜、細胞過程和代謝過程，部分突變基因（如 HMI62_RS24365）可改變細胞膜功能，增強抗生素外排，進而提升抗性。

4、納米塑料可加速 ARGs 水平轉移，小粒徑作用更突出：

納米塑料暴露顯著提高粘質沙雷氏菌的接合轉移頻率（T2 組 22.98%、T1 組 8.13%、CK 組 7.35%）和游離質粒轉化能力（T2 組轉化頻率是 CK 組的 6 倍，T1 組是 CK 組的 2 倍），且轉移的質粒攜帶多種抗性基因和外排泵基因。

分子對接顯示，納米塑料可與細菌細胞膜蛋白（如 5NUQ，結合能 – 8.54kcal/mol）結合，像 “牽引器” 一樣促進細菌間接觸；同時，納米塑料能增強細菌運動能力（T2 組細菌擴散圈最大），進一步提高 ARGs 水平轉移頻率。

結果展示