背景
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微塑料（microplastics）是指直径小于5毫米的塑料颗粒，它们污染了全球环境，包括水体、土壤和空气。环境中的微塑料会通过直接摄食及食物链传递等方式进入生物体内，对野生动物和人类的健康产生有害影响。因此，肠道微生物群落可能在很大程度上受到微塑料影响。
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肠道微生物（gut microbiome）是指动物肠道中寄生的数量庞大且种类众多的微生物群落，它们与宿主的机体免疫、营养吸收以及新陈代谢等生命活动密切相关，对维持宿主的机体健康起着至关重要的作用。许多疾病都与肠道微生物群落的改变有关。
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为了探究微塑料是否会导致肠道微生物群落发生变化且对健康产生负面影响，德国乌尔姆大学的科研团队进行了相关研究，并将成果以“Current levels of microplastic pollution impact wild seabird gut microbiomes”为题发表在Nature Ecology & Evolution上。
研究方法
图1 两个研究对象（猛鹱和暴雪鹱）的采样地和分布地。
猛鹱的样品采集于深绿色点位置（葡萄牙亚速尔群岛），分布于绿色区域；暴雪鹱的样品采集于深紫色点位置（加拿大巴芬湾），分布于紫色区域。
*暴雪鹱被确定为塑料污染的指示生物。
本研究以两种长期摄入微塑料的鹱科鸟类猛鹱（Calonectris borealis）和暴雪鹱（Fulmarus glacialis）为研究对象（图1）。对采集到的58只猛鹱和27只暴雪鹱进行个体重量及跗跖长度的测量，随后进行解剖，并对每只个体的腺胃和泄殖腔使用无菌拭子进行取样。收集海鸟胃肠道中的微塑料颗粒，镜检后进行计数和称重。
对85份腺胃样本和84份泄殖腔样本提取DNA，然后进行16S rRNA扩增子测序，通过多种生物信息学和统计学方法来探究海鸟肠道微生物群落对于不同程度微塑料摄入的反应。
研究结果1
Result1
图2 微塑料与微生物群落alpha多样性的相关程度
蓝色：腺胃的微生物群落样本；橘色：泄殖腔的微生物群落样本。X轴：微塑料计数比例（微塑料数量/鸟个体质量，左）和微塑料质量比例（微塑料质量/鸟个体质量，右）；Y轴：alpha多样性指标（ASVs数量（上）、Shannon指数（中）、系统发育多样性（下））。
微塑料的数量与腺胃中微生物群落的alpha多样性呈显著正相关。
在腺胃中，更大的微塑料质量对应了明显更低的Shannon指数和系统发育多样性，也对应着更低的ASVs数量。然而，在腺胃和泄殖腔的微生物群落之间，这些相关性显著不同。
综上，微塑料的数量和质量与alpha多样性显著相关（分别为正相关和负相关），且与腺胃的相关性大于泄殖腔。这表明微塑料对微生物群落alpha多样性的影响随着它们在胃肠道中的传递而减弱。如果微塑料充当致病的和/或外来微生物的载体，那么这种作用模式可能会沿着胃肠道减少，这是因为搭便车的微生物会与更多的常驻微生物接触和竞争，并且必须在宿主免疫防御中存活。
微塑料数量和质量与微生物alpha多样性的相关性一正一负，是因为质量计算考虑了体积和密度，可能会受到聚合物类型和特性的影响。因此，质量可能比数量更能反映聚合物性质的差异。此外，抗菌添加剂可能会添加到塑料聚合物中，所以这类聚合物质量的增加可能会降低微生物群落的alpha多样性。
研究还发现，在这两种海鸟中，微塑料和胃肠道微生物alpha多样性之间的相关性均是相似的，这表明该研究观察到的影响可能广泛适用于摄入微塑料的鹱形目鸟类。
研究结果2
Result2
图3 微塑料数量和质量与海鸟胃肠道微生物群落beta多样性之间的相关性。
PCoA图基于加权的UniFrac距离（上）、未加权的UniFrac距离（中）；基于欧氏距离的主成分分析（PCA）图（下）。每个点代表一个微生物群落样本，其颜色表示微塑料的数量比例（微塑料数量/鸟个体质量，n=169）（左）以及微塑料的质量比例（微塑料质量/鸟个体质量，n=169）（右）；紫红色箭头表示微塑料影响的方向。
*PCoA分析结果仅展示该组，其他组图（微塑料数量或质量分别与不同胃肠道部位和不同海鸟物种的微生物beta多样性之间的相关性）详见文章原文。
研究还探索了微塑料是否与个体之间的胃肠道微生物群落组成（beta多样性）相关，以及这些相关性在不同物种、不同胃肠道部位的表现。由主坐标分析（PCoA）结果可得（图3），微塑料数量与腺胃、泄殖腔以及物种之间的beta多样性具有不同的相关性。而对于微塑料质量，只有当考虑加权的UniFrac距离时，其与腺胃和泄殖腔的微生物组成才有不同的相关性。此外，这种关联性也依赖于所研究的宿主物种。这可能与研究对象采集于相隔很远的地点、属于不同的属以及不同的年龄组有关，意味着可转移的微生物类群可能不一样。
图4 与微塑料（数量和质量）相关的有丰度差异的ASVs。
零点中心位置右侧的点表示与微塑料正相关，左侧的点表示负相关。
（a）微塑料数量；（b）微塑料质量；（c）微塑料数量和样品类型之间的相互作用（蓝色点代表腺胃，红色点代表泄殖腔）；（d）微塑料质量和样品类型之间的相互作用（蓝色点代表腺胃，红色点代表泄殖腔）；（e）以及微塑料数量和物种之间的相互作用（绿色代表猛鹱，紫色代表暴雪鹱）
研究还通过ANCOM test确定了17个有丰度差异的ASVs，其中10个与微塑料数量相关，5个与微塑料质量相关（图4）。值得注意的是，随着微生物数量的增加，与宿主健康相关的定植微生物类群的丰度减少，而与疾病、抗生素耐药性和塑料降解相关的微生物类群以及人畜共患病病原体微生物的丰度增加。
总结
1. 海鸟摄入的微塑料与整个胃肠道微生物群落的多样性和组成有关。
2. 对于胃肠道的不同部位，微塑料与腺胃微生物群落的相关性比泄殖腔微生物更大。
3. 微塑料的增加不利于宿主健康。
这些结果支持了先前的研究预测，即长期的微塑料摄入与胃肠道微生态失调密切相关。肠道微生物群落在宿主健康方面起着核心作用，随着人畜共患病和野生动物健康状况在这个全球化世界中受到越来越多的关注，未来寻找人畜共患病的原因及起源也变得越发重要。
参考文献：Fackelmann, G., Pham, C.K., Rodríguez, Y., Mallory, M.L., Provencher, J.F., Baak, J.E., & Sommer, S. (2023). Current levels of microplastic pollution impact wild seabird gut microbiomes. Nature Ecology & Evolution, 7, 698 - 706.
作者简介
苏健 AEE科研助理
研究兴趣：鸟类肠道微生物、鸟类食性分析
编辑：西伯利亚
审核：西伯利亚 飞雪
