微塑料（MP）對(duì)抗生素耐藥性的影響已引起廣泛關(guān)注,。然而，之前的研究主要集中在單個(gè)微塑料的影響上,。然土壤中的MPs不是以單一類(lèi)型的形式存在,，而是以不同的顏色、形狀和聚合物類(lèi)型積累,。

MP多樣性是如何加劇土壤中的抗生素抗性危機(jī),？以及MP多樣性如何影響土壤微生物多樣性？MP多樣性,、抗性基因和土壤微生物三者之間又是如何關(guān)聯(lián),？

本期小編為大家?guī)?lái)《Nature Communications》上近期發(fā)表的文章“Microplastic diversity increases the abundance of antibiotic resistance genes in soil”，主要針對(duì)以上問(wèn)題進(jìn)行分析探討,。

文章亮點(diǎn)

實(shí)驗(yàn)設(shè)置：本研究從“微宇宙”實(shí)驗(yàn)角度出發(fā),，選擇了12種在環(huán)境中常見(jiàn)的MP聚合物（粉末，篩孔尺寸為180μm）,，并構(gòu)建了一個(gè)包含三種MP多樣性水平（分別為1種,、3種和6種不同類(lèi)型）以及施用殺真菌劑的暴露系統(tǒng)。此外,，考慮到土地利用強(qiáng)度對(duì)植物多樣性減少的影響,，還設(shè)置了單一和多物種植物群落的處理方案。

測(cè)序策略：抗性宏基因組+宏基因組binning

擬研究問(wèn)題：

1,、描述土壤中ARG,、VFG和MGEs的特征，評(píng)估MPs多樣性增加所造成的環(huán)境健康風(fēng)險(xiǎn),；

2,、揭示ARGs和VFG的宿主，以及元素共存的模式,；

3,、解析土壤抗生素抗性組中MP多樣性的潛在機(jī)制。

分析結(jié)果

1.土壤中ARG,、VFG和MGEs的特征

ARG特征：①所有土壤樣品的ARGs包括29種type和780個(gè)subtype,，其中最多樣化的ARG類(lèi)型內(nèi)酰胺抗性基因，包含261個(gè)subtype,。②隨著土壤中引入的MPs多樣性的增加，ARGs的總豐度顯著富集,，且增加了高風(fēng)險(xiǎn)ARGs的豐度,。③此外，殺菌劑的應(yīng)用，同樣增加了土壤中高風(fēng)險(xiǎn)ARGs的豐度,。④6種不同MPs的引入和單物種群落栽培顯著增加了土壤ARGs的豐富度,。

VFG特征：①本研究鑒定了14種VFG type和2635個(gè)subtype。②隨著MPs多樣性的增加,，土壤中VFGs的總豐度顯著增加,，顯著提高了抗菌活性/競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)、生物膜,、免疫調(diào)節(jié)和運(yùn)動(dòng)相關(guān)的VFGs,。③殺菌劑的施用大大豐富了與VFGs相關(guān)的營(yíng)養(yǎng)/代謝因子的調(diào)控。④此外,，MP多樣性,、殺菌劑施用和植物群落之間沒(méi)有顯著的交互作用。

MGE特征：①本研究鑒定到了37種MGE type和106種subtype,。在暴露于MPs多樣性水平（6種類(lèi)型）的土壤中檢測(cè)到MGEs的總豐度最高,。②MGE豐度與ARG和VFG豐度呈顯著正相關(guān)。

2.暴露于MP多樣性土壤中ARGs的潛在機(jī)制

基于結(jié)構(gòu)方程模型（SEM）,，評(píng)估了MP多樣性、植物生物量,、土壤特性,、細(xì)菌群落和MGE豐度對(duì)所有土壤樣品ARG譜的直接和間接影響。SEM解釋了64%的土壤ARGs豐度的變化,。細(xì)菌群落對(duì)土壤中ARGs相對(duì)豐度的總影響最高,，其次是植物生物量、MP多樣性和MGE豐度,。Procrustes也顯示ARG譜與細(xì)菌群落之間存在顯著的相關(guān)性,。

3.土壤微生物群落的遺傳和功能對(duì)土壤ARGs富集的貢獻(xiàn)

利用核苷酸多樣性和GC含量來(lái)表征MPs作用下土壤微生物群落的遺傳進(jìn)化。GC含量與ARGs或MGEs豐度呈顯著的負(fù)相關(guān),，且這種關(guān)系在MGEs中更為明顯,。基于KEGG shannon指數(shù),，研究發(fā)現(xiàn)隨著MP多樣性的增加,，土壤微生物群落的功能多樣性顯著增加，功能多樣性與所有樣本的ARGs豐度顯著正相關(guān),。

4.關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)細(xì)菌類(lèi)群的鑒定

本研究共得到了1440個(gè)MAGs，其中255個(gè)MAGs攜帶了ARGs（11個(gè)type）,，主要?dú)w類(lèi)于變形菌門(mén),、厚壁菌門(mén)等8個(gè)門(mén),。此外，232個(gè)攜帶ARGs的MAGs可能為致病性ARG宿主,，存在214種VFGs subtype,。通過(guò)shannon指數(shù)分析結(jié)果表明，含ARG-VFG細(xì)菌的多樣性隨著MPs多樣性的增加而顯著增強(qiáng),，同時(shí)網(wǎng)絡(luò)分析結(jié)果顯示該類(lèi)細(xì)菌之間的負(fù)相關(guān)性減少和共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性下降,。通過(guò)隨機(jī)森林分析，鑒定出16個(gè)與MPs多樣性增加相關(guān)的指標(biāo)屬,，其中14個(gè)屬于變形菌門(mén),。

結(jié)論

本研究強(qiáng)調(diào)了多樣性在MPs生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估中的重要性，特別是在全球變化的條件下,，為理解陸地生態(tài)系統(tǒng)中普遍存在的ARGs風(fēng)險(xiǎn)提供了新的視角,。MPs的多樣性的增加顯著豐富了ARG豐富度和豐度，而VFG和MGEs的增加增加了健康風(fēng)險(xiǎn),。當(dāng)暴露于多種MPs時(shí),，基因變化、群落組成的變化和功能性狀的改變可能有助于微生物反應(yīng),，從而誘導(dǎo)更高的ARGs豐度和多樣性,。

參考文獻(xiàn)

Microplastic diversity increases the abundance of antibiotic resistance genes in soil. Nature Communications, 2024.