微塑料介导的生物暴露界面在污水系统中的适应性抗性进化与群体感应调控机制

《Journal of Hazardous Materials》：Adaptive Resistance and Defense Evolution in Microplastics-Mediated Biological Exposure Interfaces in Municipal Wastewater Treatment Systems

本文系统揭示了市政污水处理系统中微塑料（MPs）介导的生物暴露界面（BXI）通过群体感应（QS）信号重构（AI-2/c-di-GMP主导转移）驱动微生物适应性抗性进化的多级机制。研究发现PET/PE/PP三种MPs通过促进胞外聚合物（EPS）合成、强化微生物共现网络（正相关性达73.53–90.67%），上调功能基因（C/N/S循环相关），增强微生物对氧化应激的抗性，同时通过有机碳降解-硝化反硝化-硫氧化协同维持元素循环平衡。该研究为MPs污染原位控制提供了新视角。

　　

研究地点与对象

本研究描述了市政污水处理厂各工艺段中三种典型微塑料（PET、PE、PP）及其介导的生物暴露界面（BXI）上微生物群落的定殖和长期动态变化。选取北京某市政污水处理厂，在进水（I）、厌氧（A1）、缺氧（A2）、好氧（O）和膜生物反应器（M）五个工艺单元进行MPs定殖实验。

MPs显著提高MPs介导的BXI中的细胞活力和EPS含量

EPS通过丰富的官能团为污染物提供附着位点，显著降低暴露和毒性胁迫风险，这有助于解释MPs介导的BXI在MWTS中的抗性和防御机制。结晶紫染色分析显示，MP-BXI的生物量（PET-BXI 0.280、PE-BXI 0.268、PP-BXI 0.242）显著高于SNW（0.123）和并行设置的非MP玻璃珠对照（平均吸光度~0.055）。MPs介导的BXI中显著更高的生物量表明MPs促进了微生物聚集和生物膜形成。

结论

我们的结果支持以下假设：MPs介导的BXI引发群体感应（QS）转变（验证a）、增强功能基因（验证b）并通过结构重组导致抗性进化（验证c）。本研究结果表明，三种MPs改变了BXI中EPS和氧化还原活性组分的组成与含量，增强了其稳定性和抗性，降低了对过氧化氢酶和超氧化物歧化酶活性的负面影响，并改善了ROS胁迫条件下的微生物适应性。