环境相关浓度无机磷酸盐驱动针铁矿纳米颗粒解吸DNA并促进抗生素抗性基因传播的新机制

本研究针对环境相关浓度无机磷酸盐(Pie)对铁氧化物吸附DNA的解吸机制不明的问题，通过开发连续解吸-萃取新方法，发现Pie(1.0–10 mg P L?1)可解吸5–96%的DNA，并证实解吸DNA恢复了大肠杆菌转化效率，为铁富集生态系统ARG传播风险评估提供了关键机制依据。

　　

铁(氧氢)氧化物(Iron (oxyhydr)oxides, FeO)通过磷酸盐介导的相互作用吸附携带抗生素抗性基因(Antibiotic Resistance Genes, ARGs)的DNA，显著影响其在环境中的传播。然而，在环境相关浓度无机磷酸盐(Pi_e)存在下，FeO吸附DNA的释放动力学及其对ARG传播的影响仍不明确。本研究采用针铁矿(Goethite，代表性FeO矿物)和多种DNA形式(三种线性片段、一种携带ARG的质粒)，通过新型连续解吸-萃取方案量化Pi_e驱动的DNA解吸，区分了易解吸DNA与残留DNA。环境浓度Pi_e(1.0–10 mg P L^?1)可置换5–96%的吸附DNA。结构上，较短线性DNA和超螺旋质粒每个吸附分子形成的Fe–O–P键较少，因而更易被Pi_e驱动解吸，对Pi_e波动呈现两阶段响应(低于0.2–0.5 mg P L^?1时解吸微弱，高于时解吸显著)。关键的大肠杆菌(Escherichia coli)转化实验表明，针铁矿吸附虽抑制ARG转移，但Pi_e激活的解吸过程恢复了转化效率。这些结果揭示了实际环境Pi_e波动(如稻田施肥/沉积物水文变化)与FeO结合DNA释放之间的关联，阐明了其在ARG传播中的潜在作用。该机制认知对富铁生态系统ARG传播风险评估及FeO材料用于土壤ARG削减的战略部署具有重要意义。