微塑料紫外老化对耐药质粒水平转移的影响及机制探究

【作者】 邵昱； 肖霞； 王志强；

【机构】 扬州大学兽医学院；

【摘要】 近年来,微塑料作为目前研究最热门的新兴环境污染物,其表面会由于紫外线(UV)辐射、热降解、生物降解或发生氧化反应等原因变得粗糙,比表面积增加,从而提高对抗生素耐药基因载体的亲和力,增加其转移到受体细菌的效率从而造成环境风险。微塑料根据原料可降解能力的不同,可分为石油基难降解微塑料和生物基可降解微塑料,多种方式均能导致微塑料的老化,而其中紫外老化被认为微塑料是最重要的老化方式之一。因此,本研究以生活中最常见的石油基微塑料聚苯乙烯微塑料(PS-MPs)和生物基微塑料聚乳酸微塑料(PLA-MPs)作为研究对象,通过模拟自然界中紫外老化的过程,探究微塑料紫外老化后对于耐药基因水平转移的影响。首先通过接合转移实验明确了原始和紫外老化后PS-MPs和PLA-MPs显著提高RP4-7质粒和临床分离含有不同复制子类型的多重耐药质粒的接合转移频率,且质粒的接合转移频率随着紫外老化天数的增加而提高。接着通过荧光探针、透射电镜、Py-GCMS、qPCR等方法阐明了紫外老化后的PS-MPs和PLA-MPs暴露下促进质粒接合转移的潜在机制包括:紫外老化的微塑料提高了细菌细胞膜通透性,破坏了膜完整性,并且紫外老化可使细菌细胞内产生过量ROS,激起抗氧化系统发挥作用;PS-MPs和PLA-MPs紫外老化作用下促进细菌电子传递链来促进细菌细胞内ATP合成;PS-MPs和PLA-MPs紫外老化还可以通过增加接合转移相关基因的转录水平从而促进质粒的接合转移。最后在小鼠肠道感染模型的基础上,评估紫外老化微塑料在体内对多重耐药质粒水平转移的影响。结果表明紫外老化后的PSMPs依然增强了质粒在体内的接合转移频率,并且紫外老化PS-MPs比原始PS-MPs加重了小鼠结肠炎和炎症因子水平,以及造成了更加严重的氧化应激。总的来说,紫外老化PS-MPs和PLA-MPs会促进耐药基因的水平转移,且紫外老化时间越久,其促进耐药基因水平转移的能力越强。提示了紫外老化的石油基和生物基微塑料通过促进质粒的接合转移而加速耐药基因的传播的详细影响,以加深对不同种类微塑料的环境行为以及与抗生素耐药基因相关的综合风险的理解。更多还原