图 微塑料污染：来源，影响和行动
塑料污染是一个“全球性的”污染问题，全球已产生了超过70亿吨的塑料垃圾，其中80%堆积在地球上，且排放塑料垃圾的速度还在逐年上升。因为塑料降解缓慢，且多数微生物倾向于附着在固体表面生长，而塑料际可为微生物提供碳源和其它营养元素，意味着塑料际（Plastisphere）是一个面积庞大并且在迅速扩张的微生物生境。而这些生境中的微生物对于生态系统中的元素循环产生影响，并且塑料际因为吸附了很多化合物，可以为多种病原体提供适宜的生活环境。
1.微塑料的定义、来源及分类
图 微塑料的定义、来源及分类
2.微塑料（Microplastics，MPs）的特性
异质性和连续性：MPs在环境中的存在是多维的，例如聚合物组成、密度、大小、形状和环境持久性等均为MPs的基本要素，这些要素受到来源（初级、次级）、经历环境风化条件和存在时间等确定。
吸附性与相关危害：MPs吸附污染物，从而引起相应的化学效应，而MPs本身又是一个迁移的载体，污染物-MPs老化-环境物质的交互作用构成了特定的化学反应圈。
MPs与自然颗粒的差异：MPs相对于自然颗粒非常独一无二，它的密度接近水（大部分MPs）、持久性高、具有宽尺寸范围和多形状的特点。
3.微塑料的迁移及危害
微塑料的迁移：
图 微塑料与生物群的相互作用
微塑料的危害：
图 微塑料与人体健康
直接损害：摄入微塑料会导致身体伤害，例如胃肠道堵塞或内脏磨损；
间接损害：微塑料中会渗出有毒添加剂或吸附污染物，包含内分泌干扰化学物质，这些物质能影响人体健康，其次MPs携带的病原微生物/抗性基因也能进一步损害人体健康。
4.土壤塑料际（Soil Plastisphere）
图 土壤塑料际
5.塑料际与微生物：
（1）塑料（或其它复合型污染）暴露与整体微生物群落演替变化规律；
（2）塑料际群落的演替变化规律；
6.微塑料微生物研究案例
取样样本：如上图，通常设置不同浓度，不同处理方式，取环境样本（水、土壤等）、植物、动物等样本进行组学检测。
生物学重复：≥5个（考虑个体差异性存在，可适当增加每组生物学重复数目）。
典型案例1： 河口的塑料际增大了硝化微生物生态位
英文标题：Nitrifying niche in estuaries is expanded by the plastisphere
发表期刊：Nature Communications（IF：13.6）
发表时间：2024.07
样本类型：海水、塑料际和其它物质表面
组学技术：16S rDNA+宏基因组+宏转录组
图 研究思路图
研究内容：
河口塑料际（estuarine plastisphere），作为人类世（Anthropocene）中一个新兴的生态栖息地，已经引起了全球的关注。最近的地球化学证据指出了它在影响氮生物地球化学中的潜在作用。然而，塑料际的生物地球化学意义及其调控氮循环的机制仍然不明确。本篇研究中，作者使用15N和13C标记（DNA-SIP）结合宏基因组学和宏转录组学，揭示了塑料际可能是河口生态系统中一个被低估的硝化生态位。作者在厦门、烟台和广西等河口流域模拟了塑料、岩石、落木和玻璃表面自然微生物的富集过程，与周围海水和其他生物膜（岩石、落木等）相比，塑料际细菌介导的硝化作用活性高出0.9到12倍。同时，作者揭示了附着生长的微生物（sessile mode）与游离生长的微生物（free-living mode）之间的代谢差异：从海水中的O2敏感硝化细菌向塑料际中具有多功能代谢的硝化细菌的转变。并且因为作者在塑料际硝化细菌中观察到的硝化底物交换的种间合作潜力。作者的发现强调了塑料际是河口环境中一个新兴的硝化生态位，并加深了河口塑料际微生物对海洋生物地球化学贡献的机制理解。
图 塑料际和周围海水中与硝化过程相关的五种MAGs的基因组和转录信息
典型案例2：宏基因组揭示病毒的微生物宿主和微塑料上的相关抗生素耐药性
英文标题： Viral metagenome reveals microbial hosts and the associated antibiotic resistome on microplastics
发表期刊：Nature Water
发表时间：2024.04
样本类型：水样、塑料际和其它物质表面
组学技术： 宏基因组+病毒组
图 研究思路图
研究内容：
微塑料为病毒提供了独特的生态位，促进了病毒与宿主的相互作用并加速了抗生素耐药基因 (ARG) 的快速“水平”传播。然而，目前人们尚不清楚病毒在微塑料上分布的主要驱动因素，以及由此产生的病毒生物地理分布模式和相关耐药基因的传播。本篇文章中，作者对河流沿岸的聚乙烯（PE）和聚丙烯（PP）微塑料进行了宏基因组和基于病毒富集的病毒组测序。实验结果表明，变形菌、厚壁菌、放线菌和蓝藻是微塑料上病毒的潜在宿主，但只有大约4.1% 的病毒变异与细菌群落有关。通过基因注释，作者发现在病毒及其宿主细菌基因组中都发现了两个共同的耐药基因和六个金属抗性基因，表明病毒和细菌之间存在水平基因转移。此外，微塑料为病毒生态学引入了更多独特元素，促进了病毒多样化和病毒-宿主联系，同时避免了与天然基质（岩石、木头、沙子）相比ARGs水平基因转移的升级。本篇文章的研究提供了病毒群落、病毒相关ARG及其对微塑料的驱动因素的全面概况，强调了这些人为生态位如何提供独特的界面，这些界面构成了环境中高度明确的病毒生态特征。
图 病毒种类、抗生素抗性基因（ARGs）和金属抗性基因（MRGs）的丰度和组成与一系列非生物环境因素（如金属浓度、抗生素浓度、地理距离、盐度等）和生物因素（如细菌群落物种和功能基因）之间的相关性
典型案例3：土壤病毒-宿主相互作用调节依赖微塑料的碳储存
英文标题：Soil viral–host interactions regulate microplastic-dependent carbon storage
发表期刊：PNAS（IF：9.68）
发表时间：2024.09
样本类型：土壤和塑料
组学技术： 16S rDNA测序+宏基因组+宏转录组+DNA病毒组
图 研究思路图
研究内容：
图 土壤病毒体对MP添加物的响应
(A)病毒-细菌相互作用的分
(B)特定宿主细菌门宿主的溶解病毒的比例、宿主中的原病毒和平均防御系统注释的比例
(C)基因组层面的多样性
(D)阳性选择下的基因百分比
(E)与碳代谢相关的5个噬菌体编码的AMGs
参考文献
1. Thompson, R. C. et al. Twenty years of microplastic pollution research—what have we learned? Science 386, eadl2746 (2024).
2. Li, C. et al. What harmful microbes are lurking in the world’s 7 billion tonnes of plastic waste? Nature 634, 30–32 (2024).
3. Huang, W. & Xia, X. Element cycling with micro(nano)plastics. Science 385, 933–935 (2024).
4. Koelmans, A. A. et al. Risk assessment of microplastic particles. Nat Rev Mater 7, 138–152 (2022).
5. Marfella, R. et al. Microplastics and Nanoplastics in Atheromas and Cardiovascular Events. New England Journal of Medicine 390, 900–910 (2024).
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8. Tian, Z. et al. A ubiquitous tire rubber–derived chemical induces acute mortality in coho salmon. Science 371, 185–189 (2021).
9. Rillig, M. C., Kim, S. W. & Zhu, Y.-G. The soil plastisphere. Nat Rev Microbiol 22, 64–74 (2024).
10. Su, X. et al. Nitrifying niche in estuaries is expanded by the plastisphere. Nature Communications 15, 5866 (2024).
11. Li, R. et al. Viral metagenome reveals microbial hosts and the associated antibiotic resistome on microplastics. Nat Water 2, 553–565 (2024).
12. Wang, L. et al. Soil viral–host interactions regulate microplastic-dependent carbon storage. Proceedings of the National Academy of Sciences 121, e2413245121 (2024).
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