《Science of The Total Environment》：Microbiome of soil waste dumpsite and adjacent river habitat harbors dynamic plastic degrading bacterial diversity and abundant functional enzymes
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垃圾填埋场与河流微生物群落及塑料降解功能基因研究显示，Ghaila填埋场及其下游Gomti河流的微生物以变形菌门（39.24-70.01%）、拟杆菌门（15.2-24.3%）等为主，检测到PETase、MHETase等31种降解24类聚合物的酶，并发现抗生素和重金属抗性基因广泛分布于填埋污泥及河水样本中，证实垃圾填埋场是塑料及污染物降解基因库的重要来源。
Saurabh Singh | Abhay Bajaj | Nathansan Manickam
环境生物技术实验室，环境毒理学组，FEST部门，CSIR-印度毒理学研究所，Vishvigyan Bhawan，31 Mahatma Gandhi Marg，Lucknow，226001，北方邦，印度
摘要
垃圾填埋场渗滤液及其附近的河流生态系统通常是塑料衍生污染物和其他外源物质的储存库。然而，这些地点在降解潜力方面的研究仍然不足。本研究采用全宏基因组分析方法，对印度Lucknow的Ghaila市政垃圾填埋场和Gomti河中的微生物群落及功能基因进行了表征。理化分析显示，下游河流区域的pH值呈中性至微碱性，BOD和COD含量较高，表明该区域存在大量的有机污染物和塑料相关污染物。分类学分析鉴定出57个门，其中以变形菌门、拟杆菌门、绿弯菌门和厚壁菌门为主，同时检测到大量假单胞菌属、不动杆菌属、黄杆菌属和鞘氨醇单胞菌属等关键属。宏基因组序列的功能注释发现，渗滤液和污泥样本中存在31种能够降解24种聚合物的酶，包括PETase、MHETase、尿素酶、漆酶和尼龙水解酶（p < 0.05）。抗生素抗性基因（ARGs）和金属抗性基因（MRGs）广泛存在，尤其是在渗滤液和污泥中，这凸显了它们作为抗性基因库的作用。这些发现表明，市政垃圾填埋场生态系统是塑料和外源物质降解的热点区域，为生物修复提供了潜在的遗传资源，并有助于深入理解垃圾填埋场与河流交界处微生物的适应性变化。
核苷酸序列访问编号
完整宏基因组序列已存储在NCBI GenBank中，访问编号为：SAMN42678420至SAMN42678429（BioProject）。
引言
塑料废物的不断增加已成为一个严重的环境问题。每年大约有4亿吨塑料被生产出来，其中大部分最终进入垃圾填埋场和水生生态系统，在那里它们分解缓慢且不完全（Houssini等人，2025年）。垃圾填埋场长期暴露于各种塑料聚合物、有机污染物和重金属中，成为持久性污染物的长期储存库，也是复杂微生物相互作用的热点（Sharma等人，2023年）。当这些场所的渗滤液进入附近水体时，会通过添加微塑料、增塑剂和外源物质而加重生态负担，从而改变水体的理化性质、微生物群落动态和功能韧性（Yang等人，2024年）。
微生物群落在这些污染物的自然降解过程中起着关键作用，越来越多的证据表明某些分类单元和菌群能够降解合成聚合物，如聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）、聚氨酯（PU）、聚苯乙烯（PS）和尼龙（Najam等人，2025年）。高通量宏基因组测序技术的进步促进了垃圾填埋场和河流微生物组的表征，揭示了参与塑料和外源物质降解的核心微生物组合、功能酶及代谢途径（Rout等人，2025年）。鸟枪法宏基因组测序能够直接从环境塑料圈和沉积物样本中恢复分类学和功能信息（包括抗生素抗性基因和降解外源物质的基因），并已成功应用于Ganga/垃圾填埋场塑料圈的研究中（Dey等人，2024年；Rout等人，2022年）。然而，对于垃圾填埋场环境中微生物群落如何适应长期暴露于富含塑料的废物流以及这些适应性变化如何影响受渗滤液影响的河流生态系统，目前了解仍然有限（Behera等人，2020年）。
在受塑料污染的环境中，可以发现多种微生物，如细菌、真菌、病毒等。这些生物体进化出了适应这些环境的独特特性，并具备有效分解塑料所需的基因和酶。通过培养依赖性方法的研究可以识别出高效的生物降解菌（Singh等人，2023年；Singh等人，2024年）。然而，关于生物降解过程中微生物群落之间的分类学和功能相互作用仍缺乏全面了解（Dey等人，2024年）。最新的下一代测序（NGS）技术能够深入理解受污染环境中的微生物群落及其代谢能力（Sun等人，2022年）。
印度Lucknow的Ghaila市政垃圾填埋场是一个典型的老垃圾填埋场，数十年来一直接收家庭垃圾、生物医学废物和混合塑料，有记录显示其渗滤液排放到Gomti河中（Regar等人，2024年；Singh等人，2023年）。这一现象为研究垃圾填埋场与河流微生物组之间的分类学和功能联系提供了独特的机会，尤其是在塑料和外源物质降解方面（Rout等人，2024年）。
在本研究中，我们利用全宏基因组测序技术全面分析了垃圾填埋场渗滤液、污泥以及附近河水和水沉积物中的微生物群落及其相关基因。具体而言，我们（i）研究了垃圾填埋场和河流相关微生物组的分类组成和多样性，（ii）利用PlasticDB和KEGG注释鉴定出降解塑料的酶和途径，（iii）表征了外源物质降解和增塑剂代谢基因，（iv）评估了抗生素抗性基因和金属抗性基因（ARGs和MRGs）在这些受污染环境中的分布情况。我们的发现表明，垃圾填埋场生态系统在降解聚合物和外源物质方面具有显著的功能潜力，而相邻的河流微生物群落则具有更广泛但相对不那么专化的代谢能力。这些发现为开发基于微生物的生物修复策略奠定了基础。
样品采集及土壤和水的理化特性分析
所有样品均来自印度Lucknow的两个不同环境：（i）位于城市20公里外的Ghaila市政垃圾填埋场，占地面积约14.37英亩，平均垃圾高度为8-10米，累计垃圾量约为202,264公吨。该混合垃圾场包含大量塑料废物和来自附近医院的生物医学废物。该垃圾场已有约30年历史，具有精确的GPS坐标。
Ghaila垃圾填埋场和Gomti河样本的理化分析
理化参数分析显示，填埋场污泥、渗滤液和河流样本在上游和下游位置之间存在显著差异（表1）。所有样本的pH值介于7.19至8.19之间，表明环境呈中性至微碱性。上游河流（WGRU1）的pH值为7.80，垃圾填埋场样本（WDS2和WDL3）的pH值变化较小，下游样本（WGRD5）的pH值为7.96，表明垃圾排放对pH值的影响较小。
塑料污染生态系统中的微生物群落动态和功能适应性
Ghaila垃圾填埋场及邻近Gomti河微生物组的分类学分析为了解人为影响环境中的塑料降解生态决定因素提供了宝贵信息（Regar等人，2024年）。变形菌门在所有采样点中均是最主要的门类（占比39.24–70.01%），这与它们在外源物质代谢和聚合物降解中的重要作用一致（Rillig等人，2023年）。在该门类中，β-变形菌亚门尤为突出
结论
本研究通过对垃圾填埋场水体、土壤和渗滤液以及Gomti河的宏基因组分析，提供了关于污染环境中微生物和功能动态的深入见解。部分样本的中性至微碱性pH值和高BOD水平表明环境有利于微生物活动，尤其是那些能够分解塑料的微生物群。分类学分析鉴定出57种不同的
CRediT作者贡献声明
Saurabh Singh：撰写初稿、数据可视化、验证、软件使用、方法设计、实验设计、数据分析、概念构建。
Abhay Bajaj：审稿与编辑、数据验证、软件使用、方法设计、实验设计、数据分析。
Natesan Manickam：审稿与编辑、数据可视化、验证、项目监督、资源协调、项目管理、资金申请、数据分析。
利益冲突声明
作者声明不存在可能影响本文研究的已知财务利益或个人关系。
致谢
本研究得到了印度政府地球科学部国家海岸研究中心（NCCR）项目资助（编号：MoES/NCCR/PWQ/CSIR-IITR/3/2019，614/IFD/6038/2019-20/OSMART）。Saurabh Singh（奖励编号：31/029(0312)/2019-EMR-I）感谢科学工业研究委员会（CSIR）提供的研究资助，以及Ghaziabad的科学与创新研究学院（AcSIR）的支持。
