团队研究了聚苯乙烯微塑料暴露对水生环境大肠埃希氏菌O157:H7繁殖、代谢及其抗生素耐药性基因表达的影响。将一种常见的水源性致病菌（即大肠埃希氏菌O157:H7）分别暴露于不同粒径聚苯乙烯微纳塑料的培养体系中进行研究。结果表明，水生环境中环境浓度聚苯乙烯微纳塑料的暴露会促进大肠埃希氏菌O157:H7的繁殖，并刺激致病菌发生代谢适应性变化，通过增强胞内三羧酸循环和激活胞外谷胱甘肽的合成来应对聚苯乙烯微纳塑料胁迫诱导产生的氧化应激。此外，研究发现较小尺寸的聚苯乙烯纳米塑料会通过介导AcrAB-TolC外排泵的表达诱导大肠埃希氏菌O157:H7产生更强的抗生素耐药性，强调了聚苯乙烯微塑料的共存会提高水生环境大肠埃希氏菌O157:H7污染的潜在风险。
图1. 聚苯乙烯微纳塑料对大肠埃希氏菌O157:H7细菌学特性的介导作用
在另一项研究中，该团队与中山大学课题组合作，研究环境相关水平LCMs（液晶单体）暴露对表皮葡萄球菌和大肠杆菌生长、代谢、酶活力及mRNA表达等过程的影响。结果表明，LCMs对表皮葡萄球菌的生长抑制率高于大肠杆菌，代谢组学分析结果显示两种细菌的脂肪酸代谢失调相关产物占差异物质总数的50%以上，而与氧化应激相关的酶活性和mRNA相对表达水平证实LCMs暴露导致细菌产生氧化应激反应和脂质过氧化。研究结果揭示了LCMs暴露使细菌产生过量的活性氧 (ROS) 和自由基，引起脂质过氧化并导致膜损伤，进而影响细胞膜的正常氧化代谢功能的毒性机制。该项研究填补了LCMs对细菌毒性数据的空白，并为环境LCMs诱导人类共生菌的代谢异常及相关机制提供了新的重要见解。
图2. LCMs暴露使细菌产生过量的活性氧 (ROS) 和自由基，引起脂质过氧化并导致膜损伤，进而影响细胞膜的正常氧化代谢功能的相关机制示意图
两项研究均采用了该团队自主研发的广谱性固相微萃取探针，并结合气相色谱－高分辨质谱联用仪对细菌的代谢状态进行了精准跟踪和分析。
上述研究成果分别发表在《Environmental Science: Nano》和《Environmental Science & Technology》期刊上。相关研究工作得到了国家自然科学基金、广东省基础与应用基础研究基金等项目的资助。
论文信息：
Shuting Fang, Yiquan Huang, Zhangmin Xiang, Rong Zeng, Shulin Zeng, Shuqin Liu*. Polystyrene nanostics foster Escherichia coli O157:H7 growth and antibiotic resistance with a stimulating effect on metabolism. Environ. Sci. Nano 2023, 10(5), 1341-1351.
Yiquan Huang, Qijun Ruan, Shuting Fang, Yingming Duan, Jiating Zheng, Zhangmin Xiang, Yong Shen, Shuqin Liu*, Gangfeng Ouyang*. Toxicity Assessment of Environmental Liquid Crystal Monomers: A Bacteriological Investigation on Escherichia coli and Staphylococcus epidermidis. Environment Science & Technology 2024, 58(7), 3141-3150.
论文链接：
https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2023/en/d2en00982j
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.est.3c08281