最近，派森諾生物與華東師范大學(xué)合作，在《Environmental Science: Nano》（影響因子：7.704）發(fā)表新一期研究成果。論文以垃圾填埋場(chǎng)不同填埋時(shí)間的滲濾液為研究對(duì)象，結(jié)合金屬納米粒子日漸增多的現(xiàn)象，挖掘耐藥基因的發(fā)生和改變機(jī)制，通過實(shí)時(shí)定量PCR和高通量測(cè)序技術(shù)，發(fā)現(xiàn)了細(xì)菌群落的變化是使耐藥基因變化的一個(gè)重要因素，為控制和預(yù)防耐藥基因“漂移”提供新的研究方向。
研究背景：
近年來，抗生素抗性基因（ARGs）被認(rèn)為是一種新興的污染物而越來越引起人們的關(guān)注，因?yàn)樗鼈兡苁共≡鷮?duì)臨床使用的抗生素產(chǎn)生耐藥性，從而對(duì)公眾健康和現(xiàn)代醫(yī)學(xué)構(gòu)成嚴(yán)重威脅。垃圾填埋場(chǎng)是城市固體廢物（MSW）主要處置方案，越來越多的金屬納米粒子（M-NPs）被用于各種消費(fèi)品中，最終在垃圾填埋場(chǎng)進(jìn)行處理，被瀝濾到滲濾液中。研究發(fā)現(xiàn)M-NPs對(duì)細(xì)菌有負(fù)面影響，能夠降低滲濾液中的產(chǎn)甲烷菌豐度，進(jìn)而抑制填埋場(chǎng)甲烷的產(chǎn)生。然而，M-NPs對(duì)滲濾液中ARGs的潛在影響并不清楚。
研究方法：
實(shí)驗(yàn)對(duì)象：不同填埋時(shí)間、不同氧化鋅納米粒子（ZnO NPs）濃度、不同零價(jià)鐵納米粒子（Fe0 NPs）濃度和不同處理時(shí)間的滲濾液經(jīng)過濾后的濾膜。
測(cè)序方法：擴(kuò)增子測(cè)序（16S rRNA基因V3–V4區(qū)，Illumina MiSeq PE300測(cè)序）
結(jié)果展示：
本研究通過實(shí)時(shí)熒光定量PCR對(duì)目前常見的垃圾滲濾液中豐度較高的ARG和可移動(dòng)遺傳原件（MGE）進(jìn)行了檢測(cè)。與對(duì)照組比較發(fā)現(xiàn)，高濃度的ZnO NPs能夠促進(jìn)滲濾液中的ARGs富集，而Fe0 NPs則能促進(jìn)ARGs的衰減。
實(shí)時(shí)熒光定量PCR檢測(cè)ZnO NPs和Fe0 NPs使用兩種垃圾滲濾液在不同濃度和時(shí)間下的ARG和可移動(dòng)遺傳原件（MGE）的豐度變化
對(duì)于菌群的多樣性組成譜研究表明，在門水平，5-10年填埋時(shí)間的滲濾液和大于20年填埋時(shí)間的滲濾液中的變形菌門（Proteobacteria）是豐度最高的，且隨時(shí)間的增加逐漸下降。相反，經(jīng)過兩種NPs處理過的滲濾液中的變形菌門豐度反而增加，且易受高濃度NPs影響。
ZnO NPs和Fe0 NPs處理過的兩種滲濾液中細(xì)菌門水平相對(duì)豐度
網(wǎng)絡(luò)分析結(jié)果表明，ZnO NPs和Fe0 NPs處理后的滲濾液中靶向ARGs分別與28個(gè)和23個(gè)微生物屬存在“共發(fā)生（Co-occurrence）”模式，推測(cè)不同的NPs處理滲濾液會(huì)影響不同的ARGs相關(guān)細(xì)菌。因此，細(xì)菌群落的變化是M-NPs存在下ARGs變化的一個(gè)重要因素。
ZnO NPs和Fe0 NPs存在下，滲濾液中ARGs與屬水平細(xì)菌共發(fā)生網(wǎng)絡(luò)分析
SEM結(jié)構(gòu)方程模型分析表明，ZnO NPs通過影響細(xì)菌群落的變化直接促進(jìn)ARGs豐度的增加，其次是對(duì)MGEs的影響。ZnO NPs也通過Zn2+的釋放驅(qū)動(dòng)MGEs對(duì)ARGs有正向的影響。相反，F(xiàn)e0 NPs則是促進(jìn)MGEs的減少，從而對(duì)ARGs產(chǎn)生負(fù)面影響。
ZnO NPs和Fe0 NPs與各因素之間的關(guān)系
研究結(jié)論：
ZnO NPs通過影響細(xì)菌群落變化導(dǎo)致ARGs的富集，揭示了ZnO NPs促進(jìn)環(huán)境中抗生素抗性發(fā)展的風(fēng)險(xiǎn)。Fe0 NP使MGEs的減少使得ARGs衰減，可為控制耐藥基因的傳播提供指導(dǎo)。找到更多的M-NPs有助于更好地了解在復(fù)雜填埋環(huán)境中富集或衰減ARGs機(jī)制，進(jìn)而更好地了解對(duì)公眾健康的潛在風(fēng)險(xiǎn)及預(yù)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
