基于AutoQSAR与转录组学整合分析揭示双酚A及其类似物BPS-MPE对大肠杆菌K12的毒性机制

本研究针对环境新兴污染物双酚A（BPA）类似物的细菌毒性数据缺乏问题，通过整合AutoQSAR模型与转录组学技术，系统评估了BPA及其类似物BPS-MPE对大肠杆菌K12野生型与ΔacrB菌株的毒性效应。研究发现BPS-MPE在环境相关浓度（0.5-50 nmol L-1）下通过干扰acrB外排泵、ATP代谢及氧化磷酸化通路等机制诱导类BPA毒性，为环境污染物风险评估提供了新方法学支撑。

　　

随着双酚A（BPA）在日用品中的限制使用，其替代物双酚类似物（如BPS-MPE）的环境残留与潜在毒性引发关注。这类物质已在珠江三角洲沉积物（中位数0.12 ng g^-1）和全国污泥样本（最高6.43 ng g^-1）中广泛检出，甚至存在于母乳（最高617 pg mL^-1）。尽管已有研究证实BPA类似物具有内分泌干扰和发育毒性，但对其微生物毒性的认知仍存在显著空白。细菌作为生态系统关键组分，其响应机制研究亟待加强。

针对这一科学问题，中国某研究团队在《Environmental Pollution》发表论文，通过整合计算毒理学（AutoQSAR）与多组学技术，首次揭示了BPA及其类似物BPS-MPE对大肠杆菌K12的毒性作用模式。研究采用野生型与ΔacrB基因敲除菌株，结合最小抑菌浓度（MIC）测定、ATP含量检测及RNA测序等技术，发现BPS-MPE在环境相关浓度下通过干扰外排泵系统与能量代谢通路，表现出与BPA相似的毒性特征。

关键技术方法
研究团队通过Kernel偏最小二乘法（PLS）构建AutoQSAR模型预测MIC值；采用RNA-seq分析0.5-50 nmol L^-1暴露下基因表达谱变化；使用ATP生物发光法检测能量代谢水平；以ΔacrB菌株验证外排泵功能缺失对毒性的影响。

研究结果

1. 菌株生长影响：50 nmol L^-1 BPA/BPS-MPE显著促进野生型菌株稳定期生长，而ΔacrB菌株呈现"促进-抑制"双相效应，证实acrB缺失增加细菌敏感性。
2. 分子机制：
   • 激素效应：acrB与II型拓扑异构酶（parE/gyrB）表达呈浓度依赖性双相变化
   • 能量代谢：0.5-50 nmol L^-1暴露导致ATP水平持续下降（最高降低47.8%）
   • 通路富集：显著抑制氧化磷酸化与ABC转运蛋白通路（p<0.01）
3. 计算预测验证：AutoQSAR模型预测MIC值与实验测定误差<15%，证实模型可靠性。

结论与意义
该研究首次阐明BPS-MPE通过三重机制影响大肠杆菌K12：①破坏acrB介导的外排功能；②干扰DNA拓扑结构维持系统；③抑制能量生成通路。特别值得注意的是，0.5 nmol L^-1 BPS-MPE引发的基因表达扰动强于同浓度BPA，提示其潜在更高生态风险。研究成果为环境污染物微生物毒性评估提供了AutoQSAR-转录组学整合分析范式，对制定新兴污染物的环境基准具有重要指导价值。