近日，《國際微生物生態(tài)學(xué)會會刊》(The ISME Journal)在線發(fā)表中國農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院新污染物團隊汪杰課題組的研究論文《AHL介導(dǎo)的群體感應(yīng)驅(qū)動了塑料際形成并提升其潛在致病風(fēng)險》（AHL-mediated quorum sensing drives plastisphere formation and elevates pathogenic potential ）。

該研究整合全球塑料際宏基因組數(shù)據(jù)，并結(jié)合微流控芯片、連續(xù)流管柱培養(yǎng)、多組學(xué)測序及宏基因組組裝基因組（metagenome-assembled genomes, MAGs）分析，系統(tǒng)揭示酰基高絲氨酸內(nèi)酯（acyl-homoserine lactones, AHL）介導(dǎo)的群體感應(yīng)（quorum sensing, QS）在塑料際生物膜形成、微生物群落組裝及潛在致病風(fēng)險提升中的關(guān)鍵作用。研究結(jié)果為揭示微塑料表面生物膜的形成機制及其生態(tài)與健康風(fēng)險提供新的機制性證據(jù)。

隨著全球塑料污染持續(xù)加劇，塑料碎片表面形成的附著生物膜——“塑料際”（plastisphere）—已成為環(huán)境微生物學(xué)與生態(tài)風(fēng)險研究的前沿議題。然而，塑料際的形成過程及其關(guān)鍵生物學(xué)驅(qū)動機制仍缺乏系統(tǒng)闡釋。圍繞這一科學(xué)問題，本研究首先整合全球9項獨立研究中的166個塑料際宏基因組和53個環(huán)境水體宏基因組數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)塑料際中群體感應(yīng)及生物膜形成相關(guān)基因顯著富集，其中以AHL介導(dǎo)的群體感應(yīng)信號相關(guān)基因最為突出。進一步結(jié)合微流控芯片與連續(xù)流管柱實驗體系，研究團隊通過外源添加AHL信號分子、引入群體淬滅劑AHL acylase進行信號抑制及聯(lián)合處理，直接驗證了AHL信號對塑料際形成的促進作用。

研究結(jié)果表明，AHL信號可顯著增強微塑料表面的生物膜定殖、總生物量及胞外聚合物（EPS）積累，并顯著上調(diào)與表面黏附、胞外基質(zhì)生成、細菌趨化及鞭毛裝配相關(guān)的關(guān)鍵通路和功能基因表達。與此同時，AHL信號還可重塑塑料際微生物群落結(jié)構(gòu)，改變微生物互作網(wǎng)絡(luò)特征，并推動群落組裝向更強的確定性選擇過程轉(zhuǎn)變。值得關(guān)注的是，AHL信號進一步提高了塑料際中與病原體及毒力因子相關(guān)功能基因的相對豐度與表達活性，表明在群體感應(yīng)增強條件下，塑料際可能具有更高的潛在毒力風(fēng)險。綜上，本研究揭示了AHL信號介導(dǎo)的群體感應(yīng)在塑料際組裝中的關(guān)鍵作用，并明確其是塑料際生態(tài)風(fēng)險的重要驅(qū)動因素，為微塑料污染生態(tài)風(fēng)險機制研究及相關(guān)干預(yù)策略開發(fā)提供了理論基礎(chǔ)。

這一研究結(jié)果表明塑料污染的風(fēng)險評估不能僅停留在“提供附著表面”這一物理層面，更應(yīng)關(guān)注塑料界面上微生物信號調(diào)控所引發(fā)的生物學(xué)效應(yīng)。從應(yīng)用角度看，圍繞AHL介導(dǎo)群體感應(yīng)開展群體淬滅、表面工程化調(diào)控或材料功能設(shè)計，可能為降低塑料際生物膜風(fēng)險及潛在致病傳播風(fēng)險提供新的思路。

中國農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院汪杰副教授為論文第一作者，汪杰副教授與王小萍教授為論文共同通訊作者。