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微塑料对抗生素耐药性的影响已引起广泛关注。然而，之前的研究主要集中在单个微塑料的影响上。实际上，不同类型的微塑料在土壤中积累，微塑料多样性（即颜色、形状或聚合物类型的变化）是否可能是抗生素抗性基因（ARG）丰度增加的重要驱动因素，目前还没有得到很好的研究。
2024 年 11 月 12 日，中国科学院大学朱冬、乔敏共同通讯在 Nature Communications （IF=14.7）在线发表题为 “Microplastic diversity increases the abundance of antibiotic resistance genes in soil” 的研究论文。该研究表明，除了考虑污染水平外，监测生态系统中的微塑料多样性至关重要，因为它们可能通过多种途径推动抗生素耐药性的传播。
该研究通过宏基因组分析，采用微观研究方法研究微塑性多样性对土壤ARG动态的影响。此外，作者通过分析毒力因子基因（vfg）和移动遗传元件（MGEs）来评估相关的潜在健康风险。研究结果表明，随着微塑料多样性的增加，土壤ARGs、vfg和MGEs的丰度也相应增加。作者进一步确定了与ARG丰度增加相关的微生物适应策略，包括基因（改变的遗传多样性）、群落（增加的特定微生物）和功能（丰富的代谢途径），从而可能有助于ARG的传播。其他全球变化因素，包括杀菌剂的使用和植物多样性的减少，也导致了ARG丰度的升高。
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作为人类世的潜在标志，微塑料（MPs，尺寸小于5毫米）的污染已成为全球面临的严峻挑战。在包括水、沉积物、土壤、空气和食物在内的各种环境介质中都检测到多氯联苯污染。在各种环境中，土壤生态系统受到多聚物污染的严重影响，一些研究表明，土壤中多聚物的数量估计是海洋的4-23倍。由于大量生产活动（如塑料薄膜、有机肥料和再生水）的引入以及通过环境介质（如大气沉降）的运输，农业用地已成为陆地环境中MPs的主要污染汇集地，高达500,000颗粒kg - 1土壤。鉴于塑料的普遍存在和不断增加的产量，越来越需要了解土壤中多聚塑料污染的生态和健康风险。土壤环境中的抗生素耐药基因（ARGs）可从土壤转移到植物、动物和人类，对人类健康和粮食安全构成严重威胁。近年来，ARGs已被确认为新出现的生物污染物，并在最新的“同一个健康”行动框架中列为优先事项。因此，研究了MPs对土壤抗生素耐药性传播的影响。不同类型的MPs，无论是常规的还是可生物降解的，都显著增加了arg的丰度。土壤中不同粒径、风化程度和持续时间也会对ARGs的富集产生不同程度的影响。此外，土壤中的MPs不是以单一类型存在，而是以不同的颜色、形状和聚合物类型积累。单一的选择性压力通常对细菌群落的影响有限，而多种压力在负面和协同效应方面产生更大的影响，突出了压力类型多样性的作用。与传统的有机污染物不同，MPs几乎总是以多种不同类型颗粒的集合形式出现。然而，目前大多数研究都集中在特定类型MPs的影响上，因此在被一系列MPs污染的土壤中，ARGs的发生、命运和动态在很大程度上仍未被探索。![]()
概念模型说明了土壤微生物组的多种变化，这些变化有助于抗生素耐药性的增强，以响应MP多样性的增加（图源自Nature Communications）
多种全球变化因素对生态系统的威胁日益严重，日益引起世界各国的关注。除了MP污染，土壤还暴露在一系列不同的人为压力下。特别是，人们普遍关注土地利用变化的后果。增加收获频率需要增加杀菌剂的使用，导致土壤中的残留物更多。例如，用于预防植物病害的美芬诺萨姆大量进入土壤环境，导致残留污染。已观察到甲非诺萨姆对微生物活性的影响。此外，集约土地利用会使生境更容易受到植物入侵，从而减少植物多样性。这种多样性的减少是至关重要的，因为它在维持地下微生物功能方面起着重要作用。因此，MP多样性和全球变化因素对土壤微生物抵抗组的影响和健康风险需要更多的研究。
根据目前对土壤微生物抵抗组及其对MPs的反应的了解，该研究假设更高的MPs多样性将丰富土壤中ARGs的多样性和丰度，从而显示出高健康风险。MP多样性诱导的微生物对多种应激源的反应可能具有进化后果，这可能会增加抗生素耐药性的丰度。作者团队建立了一个梯度的MP多样性，遵循一个实验设计纳入各种全球变化因素。虽然已知MPs的特性和组成会影响响应变量，包括土壤微生物组和抵抗组，但通过从MP池中随机取样来最小化这一焦点。这种方法使研究能够主要解决关于MP多样性影响的简化问题。
在这里，作者选择了12种环境中常见的MP聚合物（通过180 μm筛网筛选的粉末），并构建了一个暴露系统，其中MP多样性为1、3和6种不同类型，并结合杀菌剂的应用。此外，考虑到土地利用强度对植物多样性降低的影响，还设置了单物种和多物种植物群落处理，以(1)表征土壤中ARGs、vfg和MGEs的分布特征，评估MPs多样性增加的环境健康风险；(2)揭示ARGs和vfg的宿主及其元素共存模式；(3)解读MP多样性对土壤抗生素抗性组的潜在机制。作者的研究结果阐明了多聚菌多样性对土壤抗生素抗性组和健康风险的影响，为理解多聚菌在土壤环境中的生态后果提供了理论基础。
参考消息：
https://www.nature.com/articles/s41467-024-54237-7![]()
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