编辑推荐：
为探究阳离子和纳米颗粒对大肠杆菌抗生素抗性基因（ARGs）转化的影响，研究人员开展相关研究。结果表明，Na?、Ca2?可促进转化；AgNP 和 PSNP 作用随时间变化，先促进后抑制或相反。该研究揭示了其复杂影响，对理解环境抗性传播意义重大。
在当今的生态环境中，抗生素抗性问题就像一颗 “定时炸弹”，严重威胁着人类健康。在水生环境里，抗生素抗性的传播使得具有抗生素抗性的病原体数量不断增加、种类愈发多样。这背后，细菌获取抗生素抗性基因（Antibiotic Resistance Genes，ARGs）的一个关键途径就是转化过程。简单来说，转化就是细菌细胞摄取环境中的 DNA，从而获得抗生素抗性的过程。然而，目前对于纳米颗粒以及常见阳离子对这一转化过程的影响，科学界的认知还十分有限，存在诸多矛盾之处。例如，纳米颗粒对微生物转化的作用，有的研究显示促进，有的却表明抑制。同时，阳离子类型、浓度和纳米颗粒的综合影响也不清楚，现有研究多聚焦短期固定时间点，长期动态变化的研究几乎空白。在这样的背景下，为了解开这些谜团，国内研究人员开启了一项意义重大的研究。
研究人员将目光聚焦于两种主要阳离子（单价 Na?、二价 Ca2? ）和两种代表性纳米颗粒（有机的聚苯乙烯纳米颗粒 Polystyrene Nanoparticles，PSNP 和无机的银纳米颗粒 Silver Nanoparticles，AgNP），深入探究它们对大肠杆菌自然转化的影响。这项研究成果发表在《Environmental Technology 》上，为我们理解抗生素抗性基因在环境中的传播提供了重要线索。
在研究方法上，研究人员主要采用了以下关键技术：首先，利用既定方法制备银纳米颗粒，购买特定的聚苯乙烯纳米颗粒，并对其相关特性进行测量。以大肠杆菌 K12 C600 为模型细菌，培养后处理得到特定浓度的菌悬液，同时选用含有特定标记基因的质粒 pBR322 。接着开展转化实验，将菌悬液、纳米颗粒和质粒在不同阳离子溶液中混合培养，之后分别测定转化效率和质粒摄取率。通过染色和荧光分光光度计测量细胞的膜通透性。
下面来看看具体的研究结果。在 “Na?和 Ca2?对转化效率的影响” 方面，研究发现，在没有纳米颗粒存在时，Ca2?比 Na?更能促进转化，而且离子浓度的变化对转化效率影响不同。浓度较低时，Ca2? 促进作用更明显，此时虽然两种离子环境下细胞膜通透性相近，但 Ca2? 环境中质粒摄取率更高，这得益于其更强的电荷筛选和阳离子桥接作用，使得更多质粒吸附到细胞上。随着 Na?浓度升高，尽管细胞膜通透性降低，但由于质粒构象改变，其摄取率和转化效率仍上升；而 Ca2?浓度升高时，质粒聚集，摄取率和转化效率下降。这表明，在评估转化效率时，除了细胞膜通透性，质粒的稳定性和质粒 - 细胞相互作用等因素也至关重要。
在 “AgNP 与阳离子对转化的相互作用” 方面，加入 AgNP 后，所有溶液中的转化效率都提高了。这是因为 AgNP 能够增加细胞膜通透性，而且这种作用比阳离子降低通透性的作用更强，并且高阳离子浓度和 Ca2? 能促进 AgNP 与细胞的相互作用。不过，当培养时间从 1.5 小时延长到 24 小时，AgNP 的作用发生反转，开始抑制转化。这是由于随着时间推移，细胞内积累的 Ag?增多，毒性增强，导致细胞死亡，进而降低了转化效率。
“PSNP 与阳离子对转化的相互作用” 结果显示，在 1.5 小时内，PSNP 会降低转化效率和质粒摄取率。这是因为 PSNP 与细菌细胞亲和力低，却能大量吸附质粒，使得质粒难以被细胞摄取。而且，阳离子的类型和浓度会影响 PSNP 的这种作用，高浓度 Na?和 Ca2?会加剧转化效率的降低，但高浓度 Ca2?时，由于 PSNP 自身聚集，其影响会减弱。有趣的是，当培养时间延长到 24 小时，PSNP 的作用也发生转变，开始促进转化。这是因为长时间培养后，PSNP 在细胞上的积累增加，产生了更多的纳米孔，使得更多质粒能够进入细胞，从而提高了转化效率。
综合研究结论和讨论部分，该研究意义非凡。研究明确了阳离子和纳米颗粒在调节质粒转化效率方面的关键作用。阳离子通过影响质粒构象、电荷筛选和阳离子桥接等机制，在提高质粒摄取方面发挥重要作用，即便它们会降低细胞膜通透性，但这些机制在决定转化效率上更为关键。纳米颗粒对转化的影响则具有时间和类型依赖性，AgNP 和 PSNP 在不同时间呈现出不同的作用。这些发现揭示了环境中抗生素抗性基因传播过程中复杂的相互作用，让我们更加深入地理解了这一过程背后的物理化学因素，为后续防控抗生素抗性传播提供了理论依据，有助于制定更有效的策略来应对这一严重威胁人类健康的问题。
