《Emerging Contaminants》：Impact of microplastics on antibiotic resistance genes and virulence factors in Poyang Lake
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微塑料（microplastics, MPs）被公认为抗生素抗性和病原菌的载体，然而湖泊滨岸湿地生态系统中抗生素抗性基因（antibiotic resistance genes, ARGs）和毒力因子（virulence factors, VFs）的分布与富集
微塑料（microplastics, MPs）被公认为抗生素抗性和病原菌的载体，然而湖泊滨岸湿地生态系统中抗生素抗性基因（antibiotic resistance genes, ARGs）和毒力因子（virulence factors, VFs）的分布与富集规律仍不明确。本研究采用宏基因组测序技术，探究了鄱阳湖丰水期和枯水期滨岸沉积物相关MPs及周围环境介质中ARGs和VFs的时空分布与富集特征。结果表明，ARGs和VFs谱图呈现季节性差异。MPs在两个季节均选择性富集特定的ARGs和VFs，且这种富集作用在枯水期更为显著。尽管细菌群落差异性与ARGs和VFs谱图高度相关，但Procrustes分析显示二者仅部分一致，而ARGs与VFs谱图在样本间的组成变化几乎完全同步。此外，研究人员在丰水期和枯水期的塑料圈中分别鉴定出98种和110种网络推断的潜在致病性抗生素抗性细菌（pathogenic antibiotic-resistant bacteria, PPARBs），且枯水期这些细菌与ARGs和VFs亚型表现出更广泛的关联。这些结果为MPs驱动的ARGs和VFs协同富集与分布提供了新见解，并强调了塑料圈病原体构成的双重威胁：潜在致病菌与ARGs和VFs亚型的共存。
微塑料（microplastics, MPs）作为全球分布广泛的新型污染物，其表面可形成独特的生物膜群落“塑料圈”（plastisphere），并选择性富集病原菌和抗生素抗性基因（antibiotic resistance genes, ARGs），同时毒力因子（virulence factors, VFs）的存在进一步加剧了病原体的致病风险。然而，在湖泊滨岸湿地这一受季节性水文波动强烈影响的生态系统中，MPs对ARGs和VFs的分布和富集规律及其与潜在病原菌的关联尚不清楚。鄱阳湖作为中国最大的淡水湖和国际重要湿地，其滨岸湿地经历了显著的季节性水位涨落，但此前关于该区域MPs上ARGs和VFs的生态风险研究十分有限。为此，研究人员在丰水期和枯水期采集了鄱阳湖滨岸的水体、沉积物及沉积物相关MPs样本，利用宏基因组测序和多种生物信息学方法，系统研究了ARGs和VFs的季节性分布、MPs介导的富集效应以及MPs相关病原菌的毒力和抗性特征。
研究采用宏基因组测序技术对样本进行无偏检测。样本采集自鄱阳湖丰水期（8月）和枯水期（12月），包括表层水、表层沉积物（0–20 cm）及从沉积物中肉眼分离并经傅里叶变换红外光谱（FTIR）鉴定确认的MPs颗粒（<5 mm）。DNA提取后使用MGISEQ-2000平台进行宏基因组测序，测序 Reads经FASTP质控、MEGAHIT组装、MMseqs2去冗余后构建非冗余基因集。ARGs通过RGI工具比对综合抗生素抗性数据库（CARD）进行注释，VFs通过BLAST比对毒力因子数据库（VFDB）Set A进行注释，物种分类通过比对NCBI非冗余蛋白数据库（Nr）完成。潜在病原菌的鉴定基于病原宿主互作（PHI）数据库和全球病原体目录（gcPathogen）数据库，并仅保留属于细菌域的物种。同时，运用alpha多样性分析、主坐标分析（PCoA）、二元网络分析、火山图分析、Procrustes分析、Mantel检验以及Spearman相关性共现网络分析等统计方法，揭示ARGs、VFs与潜在病原菌之间的关联。
研究共鉴定出1,457个ARG亚型（分属27个ARG类别）。alpha多样性显示，丰水期MPs上ARG的Shannon指数显著高于水体，但MPs与沉积物之间无显著差异；MPs上ARG多样性从丰水期到枯水期持续下降。PCoA显示丰水期样本聚集紧密，枯水期MPs样本离散度最大。ARG耐药机制以抗生素外排（69.16%）为主，MPs上外排机制在丰水期达到峰值。ARG类型中，多药耐药基因相对丰度最高（40.66%），且其在枯水期下降，而四环素和大环内酯类抗性基因相对丰度在枯水期上升。MPs在两季均维持了较高相对丰度的林可酰胺、双环霉素和elfamycin抗性基因。二元网络分析显示，枯水期MPs拥有207个独有ARG亚型，明显多于环境介质。火山图分析表明，枯水期MPs与沉积物或水体间差异显著的ARG亚型数量远多于丰水期，且大多数在MPs上富集；例如Tet(X4)、OCH-1、eptB、MCR-3.3等亚型在MPs上相对沉积物的富集倍数超过100倍。丰水期富集倍数最高的亚型为FOX-15（相对水体36.19倍）和erm(40)（22.04倍），而cphA7在MPs上相对沉积物和水体分别富集19.20倍和18.78倍。
在VFs方面，共鉴定出311个VF亚型（分属14个功能类别）。alpha多样性仅在枯水期显示MPs上VF的Shannon指数显著高于沉积物。PCoA同样显示丰水期MPs样本聚集紧密，枯水期离散度增大。VF功能类别以营养/代谢因子（20.03%）为主，其次为免疫调节（15.54%）和黏附（12.01%）。丰水期MPs上黏附、调控和外酶因子相对丰度高于环境介质，枯水期MPs上调控和外毒素相对丰度较高。二元网络显示枯水期共享VF亚型数（220）少于丰水期（271），且MPs上独有VF亚型数从丰水期到枯水期增加，而环境介质呈相反趋势。在丰水期，MPs上IV型菌毛显著富集（相对水体），Legiobactin相对水体富集1.56倍；枯水期，明胶酶、InlP和Dot/Icm T4SS在MPs上相对沉积物分别富集132.42倍、73.96倍和47.23倍，Tbp相对水体富集72.69倍。丰水期和枯水期MPs之间共有114个VF亚型差异显著，其中丰水期富集的亚型主要涉及免疫调节、效应物输送系统、黏附和应激生存，枯水期富集的亚型则与黏附、效应物输送、生物膜形成和营养/代谢适应相关。
Mantel检验显示细菌群落与ARG谱图（r = 0.8368, P = 0.001）和VF谱图（r = 0.8187, P = 0.001）均显著相关，但Procrustes分析表明细菌群落与ARGs（m2 = 0.7456）及VFs（m2 = 0.7360）仅部分一致。ARGs和VFs谱图之间则表现出近乎完全一致的组成变化（m2 = 0.0001209, r = 0.991）。Spearman相关性网络显示，枯水期MPs上ARG–VF网络（697个节点，1,888条边）比丰水期（439个节点，636条边）更复杂，且两季网络中的边以正相关为主，表明ARGs和VFs在MPs上协同分布。进一步构建ARGs、VFs与潜在病原菌的正相关共现网络，枯水期网络（1,255个节点，5,258条边）比丰水期（831个节点，3,704条边）更复杂。据此鉴定出丰水期98种和枯水期110种网络推断的潜在致病性抗生素抗性细菌（PPARBs）。丰水期PPARBs中属水平以Staphylococcus和Streptococcus最多（各7种），枯水期以Pseudomonas（7种）和Acinetobacter（4种）为主，其中多种PPARBs在MPs上的相对丰度高于周围沉积物和水体。
讨论部分指出，MPs对ARGs和VFs的富集在枯水期更强，可能归因于季节性水文收缩导致污染物浓缩、流量降低以及低温抑制生物降解，同时鄱阳湖枯水期抗生素浓度升高可能增强选择压力。ARGs与VFs在MPs上的正相关共现可能反映了它们共享宿主细菌或响应共同的环境选择压力。PPARBs的鉴定仅基于统计关联，但其在MPs上的高检出频率和相对丰度提示应优先纳入未来健康风险评估。研究结论表明，鄱阳湖滨岸湿地MPs能够选择性富集ARGs和VFs，且枯水期富集作用增强；MPs上ARGs和VFs的共现以及PPARBs的存在，凸显了MPs作为病原菌和抗性基因传播载体的双重生态与公共健康风险。该研究为理解动态水文条件下MPs对抗菌素耐药性和致病性的放大效应提供了新见解，并为滨岸湿地MPs相关风险管控策略的制定提供了科学依据。
