鞘氨醇单胞菌通过离子螯合作用缓解银纳米颗粒对大型溞的毒性：微生物组调控纳米毒性的新机制

本研究针对纳米材料毒性评估中忽视宿主-微生物互作的问题，通过建立无菌和单菌定植的大型溞模型，发现核心微生物Sphingomonas yanoikuyae能通过主动摄取Ag+ 显著降低AgNPs毒性（EC50 从7.7提升至13.4 μg L-1 ），首次证实特定肠道菌可调控纳米材料形态分布进而影响宿主敏感性，为"微生物组感知的生态毒理学"（microbiome-aware ecotoxicology）提供了直接证据。

　　

随着纳米技术的广泛应用，银纳米颗粒（AgNPs）的环境释放引发了生态安全担忧。这类材料具有"双重毒性"特征——既来自颗粒本身也源于释放的银离子（Ag⁺
），而传统毒理学评估往往忽略宿主相关微生物组的调控作用。事实上，动物微生物组中某些成员已进化出金属抗性机制，如外排泵和金属结合蛋白等，这些特性可能改变纳米材料在宿主体内的形态分布。荷兰莱顿大学环境科学研究所的Jesse Ouwehand团队选择大型溞（Daphnia magna）作为模式生物，这个甲壳动物不仅具有标准化的生态毒理测试体系，其低复杂度的微生物组（通常<20种）更便于解析特定菌株功能。

研究采用梯度平板法从大型溞微生物组中筛选出对AgNO₃
具有显著抗性的Sphingomonas yanoikuyae，通过建立无菌（germfree）、自然定植（colonized）和单菌定植（mono-associated）实验体系，结合动态光散射（DLS）、透射电镜（TEM）和电感耦合等离子体质谱（ICP-MS）等技术，系统比较了不同微生物状态下AgNPs的毒性差异。急性毒性测试（acute toxicity testing）显示，无菌溞幼体对AgNPs最敏感（48h-EC₅₀
=7.7 μg L^-1
），而自然定植个体的耐受性提高73%。值得注意的是，单独定植S. yanoikuyae即可达到与自然微生物组相当的保护效果（EC₅₀
=13.4 μg L^-1
），而定植敏感菌Microbacterium sp.仅能提供短暂保护。

通过响应加性模型（response additivity model）分析发现，无菌溞的毒性主要来自Ag⁺
（贡献度68%），而S. yanoikuyae定植后粒子贡献升至64%。进一步的体外实验揭示，S. yanoikuyae在200 mg L^-1
AgNO₃
条件下可积累1.9 μg Ag/mg干重，显著高于其他分离菌株。这种强大的离子螯合能力与其基因组预测的金属抗性基因（如氧化还原酶和金属硫蛋白）相符，通过"离子海绵"效应有效降低宿主暴露于游离Ag⁺
的水平。

该研究首次在纳米毒理领域证实：1）特定肠道菌可通过改变金属形态分布直接影响宿主敏感性；2）微生物金属抗性表型可转化为宿主保护功能；3）无菌-单菌定植体系能有效解析微生物组功能。这些发现为重新评估环境纳米材料风险提供了新视角——微生物组应作为"生物变异"的重要来源纳入评估框架。鉴于Sphingomonadaceae在多种动植物微生物组中的广泛存在，这种保护机制可能具有跨物种普适性。未来研究可拓展至其他可溶性纳米材料（如CuO、ZnO等），并探索微生物组工程在生态修复中的应用潜力。

论文创新性地将合成生物学与生态毒理学交叉融合，发表在《FEMS Microbiology Ecology》的这项工作，不仅建立了"功能微生物组学"研究范式，更推动形成了"微生物组感知的生态毒理学"（microbiome-aware ecotoxicology）新概念，为精准预测纳米材料环境风险提供了理论工具。