《Journal of Hazardous Materials》：Plastisphere as a resistome incubator: Substrate biodegradability escalates compounded genetic risks
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•基质的可生物降解性驱动抗逆基因富集梯度，并在PHA上达到峰值。•塑料微生物圈耐药组扩张发生在无可检测抗生素压力的情况下。•抗逆基因富集与可移动遗传元件和毒力因子基因协同累积呈系统性耦合关系。•可生物降解塑料微生物圈富集多重风险的气单胞菌和大肠杆菌。•抗逆基因、可移动遗传元件
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基质的可生物降解性驱动抗逆基因富集梯度，并在PHA上达到峰值。
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塑料微生物圈耐药组扩张发生在无可检测抗生素压力的情况下。
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抗逆基因富集与可移动遗传元件和毒力因子基因协同累积呈系统性耦合关系。
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可生物降解塑料微生物圈富集多重风险的气单胞菌和大肠杆菌。
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抗逆基因、可移动遗传元件和毒力因子基因在重叠群水平的关联为共选择提供了依据。
引言
在淡水生态系统中，微塑料提供持久性的人为表面，这些表面迅速被有机物质润色并被多样的微生物定殖，形成表面附着的生物膜，统称为"塑料微生物圈"[1], [2]。塑料微生物圈并非周围浮游群落被动延伸的结果，而是构成独特的微生物栖息地，其群落组装、营养级交互和代谢功能既不同于周围水体，也不同于天然颗粒关联微生物组[3], [4]。在这些空间结构化的生物膜中，胞外聚合物和局域理化梯度创造了异质微环境，促进了微生物间的密集互作和代谢交换[5], [6]。这些界面条件也可能有利于抗生素及其他选择剂物的保留和局部富集[7]。先前的研究表明，这种抗生素富集可对定殖微生物群落施加选择压力，促进抗逆基因和耐药微生物的富集[8]。越来越多的证据支持塑料微生物圈是水生环境中抗生素耐药性重要热点的观点[9], [10]。然而，现有研究大多关注抗逆基因的组成和丰度，对其在塑料微生物圈中富集和传播的生态过程知之甚少。
更广泛地说，水生颗粒关联生物膜通常提供有利于抗逆基因持久性和水平转移的条件，因为高密度、细胞紧密接触以及胞外聚合物介导的胞外DNA保留增加了水平基因转移的机会[6]。直接比较研究进一步表明，尽管耐药细菌可在多种基质类型上富集，但与在天然有机、矿物或惰性基质上形成的生物膜相比，塑料微生物圈群落表现出更低的微生物从周围水体迁入依赖性和更强的基质特异性选择[11], [12]。这些观察结果表明，基质特异性的生态过滤可能是塑料微生物圈耐药组组装的重要驱动因素。塑料可生物降解性可能进一步改变这一选择过程。与顽固性聚合物不同，可生物降解塑料在适宜的环境条件下可发生渐进的表面转化并释放生物可利用碳，引入了超出聚合物特异性材料过滤之外的额外资源驱动选择过程[13], [14]。我们近期的研究表明，基质可生物降解性显著重塑了塑料微生物圈群落组装，并使这些微生态系统成为具有独特微生态特征的高活性"代谢热点"[15]。这种代谢驱动的重构可能进一步改变抗逆基因的富集和传播，但相关的风险差异和潜在机制仍未得到充分阐明。
重要的是，基质驱动的生态过滤可能超越抗逆基因富集，而促进耐药性相关决定因子、可移动性相关决定因子和毒力相关决定因子在塑料微生物圈群落中的协同富集。近期研究报告了抗逆基因、可移动遗传元件和毒力因子基因的协同富集，且某些可生物降解聚合物在这些决定因子的富集和预测耐药风险方面高于传统塑料[16], [17]。从机制上看，可移动遗传元件可介导抗逆基因的水平转移[18], [19], [20]，而毒力因子基因相关性状如粘附、胁迫耐受和营养获取可增强细菌在生物膜中的持久性，为抗逆基因传播和保留提供了合理基础[19], [21], [22]。然而，当前证据主要基于群落水平的关联，无法解决这些决定因子是否由相同宿主共同携带或在同一基因组区域物理关联，以及这种耦合如何受基质可生物降解性影响。
基于这些知识空白，本研究假设基质可生物降解性不仅会重塑塑料微生物圈耐药组组装，还将改变抗逆基因与可移动遗传元件、毒力因子基因及高风险细菌宿主的耦合关系。为在环境相关的聚合物类型上检验这一假设，本研究选择了四种代表性可生物降解塑料（PLA、PBS、PBAT和PHA），这些塑料在商业和包装应用中日益增多，以及五种常规塑料（PS、PP、PE、PA和PVC），这些塑料在环境微塑料调查中广泛检出。这些聚合物提供了一个跨越对比性可生物降解性同时保持环境相关性的比较框架。本研究建立了包含九种聚合物（约100 μm）的河流微宇宙体系，随后进行基于序列读长和组装的深度宏基因组分析。本研究旨在：(1) 表征不同聚合物特异性塑料微生物圈中抗逆基因、可移动遗传元件和毒力因子基因的丰度和组成；(2) 解析其宿主归属并鉴定携带多重风险决定因子的细菌宿主；(3) 考察宿主水平的共同携带、重叠群水平的共定位和群落水平的关联，以评估支持可移动遗传元件介导的水平基因转移和毒力因子基因关联共选择的基因组基础。这些发现将为在"同一健康"框架下评估可生物降解塑料的生态安全性提供理论基础。
章节摘要
微宇宙体系建立和塑料微生物圈表征
为考察可生物降解性相关效应对塑料微生物圈微生物组装的影响，本研究利用预处理过的自然河水和均质化沉积物构建了一个受控的河流微宇宙体系。九种商业可获得且环境中常见的原生聚合物颗粒（筛至约100–150目，中位直径105.92–122.53 μm）被选为研究对象，其中包括四种可生物降解塑料（聚羟基脂肪酸酯，PHA；聚乳酸，PLA；
塑料微生物圈微栖息地对耐药组的重塑
在所有塑料微生物圈和周围水体样品中，共鉴定出25种抗生素耐药基因类型和905个亚型。多重耐药基因占累积亚型丰度的最大比例，其次是与bacitracin、氨基糖苷类、磺胺类、多黏菌素和大环内酯-林可酰胺-链阳菌素（MLS）耐药相关的基因（图1a）。塑料微生物圈中的抗逆基因丰度显著高于周围水体（图1b）。此外，
结论
可移动遗传元件介导的抗逆基因转移以及抗逆基因与遗传关联的编码适应性相关性状的毒力因子基因的共选择，是生物膜中抗逆基因传播和持久性的确立驱动因素。本研究将该框架扩展至塑料微生物圈，在此环境中空间限制可能促进基因交换，而竞争有利于涉及定殖、环境感知和营养获取的性状，从而在最小抗生素压力下仍促进关联抗逆基因的保留。
CRediT作者贡献声明
李震林：方法学，数据整理。何小康：初稿撰写，验证，方法学，调查研究，形式分析，数据整理，概念构思。冯成红：审阅与编辑，监督，项目管理，方法学，资金获取，形式分析，概念构思。沈振耀：审阅与编辑，监督，资金获取。
利益冲突声明
作者声明不存在已知可能影响本文所报告工作的竞争性经济利益或个人关系。
致谢
本研究得到国家自然科学基金（52470215和42307495）和京津冀区域一体化环境改善国家科技重大专项（2025ZD1205302）的资助。
何小康|李震林|沈振耀|冯成红
