益生菌双歧杆菌对聚丙烯（PP）微塑料生物降解潜力的体外评价及Bifidobacterium longum BCMC? 02120的菌株依赖性作用

《Microbiology Research》：In Vitro Evaluation of Polypropylene Microplastic Biodegradation Potential by the Probiotic Bifidobacterium Species

　　

聚丙烯（PP）应用广泛，但其碎裂形成微塑料（microplastics）引发对环境累积及通过摄入和医疗环境潜在人体暴露的担忧。这些微塑料可能破坏微生物群组成和肠道功能，凸显探索微生物相互作用及生物降解潜力的必要性。尽管益生菌（probiotic）对肠道健康的益处日益受到认可，但其降解微塑料尤其是PP的潜力仍很大程度上未被探索。为填补这一空白，研究人员评估了Bifidobacterium bifidum BCMC? 12130、Bifidobacterium longum BCMC? 02120和Bifidobacterium longum subsp. infantis BCMC? 02129在受控实验室条件下对PP粉末和市售PP膜进行生物降解的能力。以Bifidobacterium longum BCMC? 02120进行的初步浓度筛选显示，在0.10%（w/v）PP下表观细菌生长反应最大。然而，在随后的30天暴露实验中，PP被标准化为0.01%（w/v）。在25 ± 2 °C振荡孵育后，评估回收PP质量和表面形貌的变化。在所测试菌株中，B. longum BCMC? 02120表现出回收PP粉末质量的最大减少，30天后减少86.7%（p < 0.05）。扫描电子显微镜（SEM）显示致密生物膜（biofilm）形成，并伴表面粗糙化、空洞和侵蚀，与微生物定植和聚合物表面劣化一致。能量色散X射线光谱（EDX）显示表面碳含量从92.62%降至90.00%，并分别从7.38%升至10.00%；然而这些变化无统计学显著性。这些初步发现共同提示，益生菌菌株B. longum BCMC? 02120具有PP微塑料生物降解潜力。仍需进一步研究确认聚合物分解，并确定该活性是否有助于减轻微塑料相关肠道健康影响。

论文解读：聚丙烯（PP，polypropylene）微塑料（MPs，microplastics）是小于5 mm的合成颗粒，来源包括为特定用途直接生产的一级PP-MPs和由较大塑料经光降解、机械应力或生物降解形成的二级PP-MPs。PP、聚乙烯（PE，polyethylene）和聚苯乙烯（PS，polystyrene）是常见类型；PP-MPs可沿食物链迁移并暴露于人群，粪便和胎盘等样本中已有检出，成人粪便中PP约占所检微塑料总质量的61%，婴儿使用PP奶瓶配方奶暴露估算可达每人每日14,600–4,550,000颗粒。食品包装、一次性外卖材料以及盐、茶包、饮用水和海产品等均报道存在MPs，膳食摄入估算每年39,000–52,000颗粒，吸入和肠道接触亦受关注。肠道是摄入MPs的首要接触部位，MPs可穿透肠道屏障、蓄积组织并扰乱微生物群落和代谢，肝硬化者MP累积较高，炎症性肠病（IBD）可能相关。动物模型显示Lactobacillus可增加PS颗粒粪便排泄并减少回肠和盲肠MP滞留达67%，但益生菌尤其双歧杆菌降解PP的潜力仍待探索。为此，研究人员评估Bifidobacterium bifidum BCMC? 12130、Bifidobacterium longum BCMC? 02120和Bifidobacterium longum subsp. infantis BCMC? 02129在受控实验室条件下对PP粉末和商品PP膜的降解潜力。以Bifidobacterium longum BCMC? 02120（S02）进行初步浓度筛选，0.10%（w/v）PP表观细菌生长反应最大，30天暴露实验标准化为0.01%（w/v），在25 ± 2 °C振荡孵育后评估回收PP质量和表面形貌。结果显示S02处理PP粉末回收质量减少86.7%（p < 0.05），扫描电子显微镜-能量色散X射线光谱（SEM-EDX）见致密生物膜、表面粗糙、空洞和侵蚀，EDX碳、氧变化不显著。初步提示S02具有PP微塑料生物降解潜力，但需进一步确认聚合物分解及是否可减轻微塑料相关肠道健康影响；其意义在于为益生菌-微塑料相互作用和微生物缓解策略提供初步证据。

关键技术方法（不超过250字）：研究人员使用三株双歧杆菌（S01为B. bifidum BCMC? 12130，S02为B. longum BCMC? 02120，S03为B. longum subsp. infantis BCMC? 02129，菌株分离自10%牛奶培养物），以Bushnell-Hass肉汤（BHB）缺碳培养基使PP为唯一碳源；PP粉末研磨过750 μm筛并高压灭菌，PP膜剪成2 × 2 cm²并乙醇消毒。先以S02在0、0.01、0.10、1.00%（w/v）PP中7天监测OD₆₀₀及MRS琼脂倾注计数筛选；随后30天摇瓶实验，25 ± 2 °C振荡，0.01%（w/v）PP粉末或膜、4 × 10⁹ CFU/mL接种、非生物对照和三重复；取样CFU计数，30天后回收称量计算质量损失，SEM-EDX表征，采用单因素方差分析（ANOVA）及Tukey事后检验（p < 0.05）。

3.1 聚丙烯（PP）浓度优化：以S02进行7天0、0.01、0.10、1.00%（w/v）PP暴露，OD₆₀₀显示0.10%PP尤其第3天后最高，0.01%中等稳定，1.00%较低；据此选0.01%用于30天实验，并应用于S01、S02、S03。

3.2 含PP的BHB中乳酸菌计数：30天菌落形成单位（CFU）计数显示所有处理包括无PP BHB对照初期增加，第5天后含PP系统浮游CFU逐渐下降，PP膜较PP粉末更明显；结果描述菌株随时间的存活和计数变化，未直接证明聚合物利用。

3.3 孵育后回收与质量损失分析：30天后粉末质量损失S02为86.7%、S03为75.2%、S01为74.3%；膜为S02 6.5%、S03 2.4%、S01 4.0%；非生物对照无可测质量损失；S02在两种形式均最高，但作者指出重量法质量损失本身不确立聚合物生物降解。

3.4 SEM-EDX分析：SEM显示对照PP表面光滑，S02处理30天后见表面粗糙、空洞、凹坑和不规则；EDX显示碳由92.62%降至90.00%、氧由7.38%升至10.00%，差异不显著（p > 0.05）；SEM还显示S02在PP粉末表面定植、致密微生物簇和生物膜样粗糙区及坑、侵蚀特征。

讨论总结：作者指出BHB缺碳培养基提供较严格平台，0.01%PP基于中等稳定生长选择，但颗粒分散和微生物可及性未量化；低载量表面有限、高载量易聚集，OD升高不能直接证明聚合物利用，可能受残留营养影响。CFU初期升高可能来自接种物营养携带，第5天后含PP系统浮游菌下降提示向表面相关生长和生物膜形成转变；表面定植是聚合物降解前提。PP粉末与膜差异提示物理形态、比表面积、生物膜和酶-底物接近性影响，但未直接量化粒径、表面积和附着，不能单独归因。86.7%质量损失高于纯培养常见10–12%，与某些优化微生物系统对低密度聚乙烯（LDPE）可达90%的报道相符；非生物对照无质量损失。SEM表面劣化与微生物定植和代谢驱动的表面侵蚀一致；双歧杆菌产乳酸、乙酸可能降低局部pH并化学削弱聚合物，酯酶、氧化还原酶和解聚酶可能参与氧化断链，但本研究未测酶活和途径，机制仍属假设。生物膜可富集酶和代谢产物；PP疏水、不溶，可能聚集、沉降或漂浮，未加分散剂，振荡促进接触但均匀分散不能假定。作者强调质量损失、表面改性和元素变化共同表明显著聚合物-微生物相互作用，但不能确认完全生物降解或矿化，需分子量分布、降解中间体和碳矿化试验验证。

研究结论翻译：本研究证明三种双歧杆菌与PP粉末和膜在实验条件下存在菌株依赖性相互作用。S02（Bifidobacterium longum BCMC? 02120）处理PP粉末回收质量减少最大，达86.7%；但该值代表重量法质量损失，不应解释为同等聚合物生物降解的直接证据。SEM观察到明显表面劣化，包括粗糙、凹坑和裂隙；EDX显示表面元素组成数值变化但无统计学显著性。这些发现共同表明PP发生显著微生物相关改变，但未确立完全生物降解、聚合物链断裂或矿化。需使用傅里叶变换红外光谱（FTIR）、分子量分析、降解中间体谱和碳矿化试验确认PP生物降解的程度及生化过程。综上，Bifidobacterium longum BCMC? 02120（S02）可能在测试条件下促进PP膜特性变化；需补充分析确认聚合物生物降解并评估其在微生物塑料废物管理中的潜在应用。