2019-11-22
最近，派森诺生物与华东师范大学合作，在《Environmental Science: Nano》（影响因子：7.704）发表新一期研究成果。论文以垃圾填埋场不同填埋时间的渗滤液为研究对象，结合金属纳米粒子日渐增多的现象，挖掘耐药基因的发生和改变机制，通过实时定量PCR和高通量测序技术，发现了细菌群落的变化是使耐药基因变化的一个重要因素，为控制和预防耐药基因“漂移”提供新的研究方向。
研究背景：
近年来，抗生素抗性基因（ARGs）被认为是一种新兴的污染物而越来越引起人们的关注，因为它们能使病原菌对临床使用的抗生素产生耐药性，从而对公众健康和现代医学构成严重威胁。垃圾填埋场是城市固体废物（MSW）主要处置方案，越来越多的金属纳米粒子（M-NPs）被用于各种消费品中，最终在垃圾填埋场进行处理，被沥滤到渗滤液中。研究发现M-NPs对细菌有负面影响，能够降低渗滤液中的产甲烷菌丰度，进而抑制填埋场甲烷的产生。然而，M-NPs对渗滤液中ARGs的潜在影响并不清楚。
研究方法：
实验对象：不同填埋时间、不同氧化锌纳米粒子（ZnO NPs）浓度、不同零价铁纳米粒子（Fe0 NPs）浓度和不同处理时间的渗滤液经过滤后的滤膜。
测序方法：扩增子测序（16S rRNA基因V3–V4区，Illumina MiSeq PE300测序）
结果展示：
本研究通过实时荧光定量PCR对目前常见的垃圾渗滤液中丰度较高的ARG和可移动遗传原件（MGE）进行了检测。与对照组比较发现，高浓度的ZnO NPs能够促进渗滤液中的ARGs富集，而Fe0 NPs则能促进ARGs的衰减。
实时荧光定量PCR检测ZnO NPs和Fe0 NPs使用两种垃圾渗滤液在不同浓度和时间下的ARG和可移动遗传原件（MGE）的丰度变化
对于菌群的多样性组成谱研究表明，在门水平，5-10年填埋时间的渗滤液和大于20年填埋时间的渗滤液中的变形菌门（Proteobacteria）是丰度最高的，且随时间的增加逐渐下降。相反，经过两种NPs处理过的渗滤液中的变形菌门丰度反而增加，且易受高浓度NPs影响。
ZnO NPs和Fe0 NPs处理过的两种渗滤液中细菌门水平相对丰度
网络分析结果表明，ZnO NPs和Fe0 NPs处理后的渗滤液中靶向ARGs分别与28个和23个微生物属存在“共发生（Co-occurrence）”模式，推测不同的NPs处理渗滤液会影响不同的ARGs相关细菌。因此，细菌群落的变化是M-NPs存在下ARGs变化的一个重要因素。
ZnO NPs和Fe0 NPs存在下，渗滤液中ARGs与属水平细菌共发生网络分析
SEM结构方程模型分析表明，ZnO NPs通过影响细菌群落的变化直接促进ARGs丰度的增加，其次是对MGEs的影响。ZnO NPs也通过Zn2+的释放驱动MGEs对ARGs有正向的影响。相反，Fe0 NPs则是促进MGEs的减少，从而对ARGs产生负面影响。
ZnO NPs和Fe0 NPs与各因素之间的关系
研究结论：
ZnO NPs通过影响细菌群落变化导致ARGs的富集，揭示了ZnO NPs促进环境中抗生素抗性发展的风险。Fe0 NP使MGEs的减少使得ARGs衰减，可为控制耐药基因的传播提供指导。找到更多的M-NPs有助于更好地了解在复杂填埋环境中富集或衰减ARGs机制，进而更好地了解对公众健康的潜在风险及预防措施。
文章索引
Shi J, Su Y, Zhang Z, Wei H, Xie B. How do zinc oxide and zero valent iron nanoparticles impact the occurrence of antibiotic resistance genes in landfill leachate? Environmental Science: Nano 2019, 6(7): 2141-2151.
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https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2019/EN/C9EN00068B
