近日，广东省科学院微生物研究所许玫英研究团队在Journal of Hazardous Materials上发表了题为“Nanoscale zero-valent iron alleviated horizontal transfer of antibiotic resistance genes in soil: The important role of extracellular polymeric substances”的研究论文。该团队发现在抗生素污染的土壤中，生物膜界面尤其胞外聚合物(EPS)是抗生素抗性基因(ARGs)富集的重要场所，利用纳米零价铁(nZVI)可以缓解抗生素暴露对微生物的刺激作用,减少EPS合成与分泌，并抑制EPS界面相关ARGs的水平转移，为土壤等环境ARGs传播的阻控技术开发提供了新思路。该论文的第一作者是广东省科学院“百人计划”D类人才李旭博士，通讯作者为许玫英研究员。

报告显示，全球每年因耐药性疾病造成至少70万人死亡，并且预计在2050年超过1000万。ARGs污染已经成为当前人类面临的最重要威胁之一，如何阻控ARGs传播是当前环境领域亟待解决的难题。基因的水平转移是ARGs传播的最主要方式。尤其在土壤环境中，微生物主要以生物膜形式附着于土壤颗粒，生物膜稳定的微环境以及较高的细胞密度利于细菌与环境、细菌与细菌间的物质和信息交流，同时也为ARGs向其它载体的水平转移提供了便利条件。已有的研究发现,EPS作为生物膜的重要组成成分，可能在ARGs水平转移过程中扮演重要角色。通过调节污染环境中细菌EPS的合成与分泌，极有可能是抑制ARGs水平转移、减少其在环境中传播的一种可行方案。

铁作为一种重要的营养元素，在调节微生物生理稳态方面发挥重要作用。nZVI因其具有高比表面积、高反应活性和强还原性能，而成为一种广受关注的环境修复材料，常用于抗生素等污染物的降解和去除。本研究通过将微生物培养和土壤微宇宙实验相结合，深入探讨了利用nZVI来调节细菌EPS的合成与分泌，进而阻控ARGs在土壤中水平转移的可行性。结果显示，在土壤微生物培养过程中，四环素(10ppm)暴露可导致EPS大量分泌以及相关tet ARGs的显著增加；尤其是EPS界面tet拷贝数占总tet拷贝数的71.39%，表明EPS可促进ARGs水平转移。然而，随着nZVI(5 g/L)的添加，土壤微生物的EPS分泌量减少71.46%；同时EPS界面tet拷贝数从7.04 log unit降低到了5.12 log unit，直接导致总tet拷贝数从7.19 log unit减少至5.68 log unit。微生物代谢和宏转录组分析结果表明，nZVI减少细菌EPS分泌主要是因为其能缓解四环素给土壤微生物带来的氧化应激压力，导致与c-di-GMP信号系统相关基因表达下调；nZVI减少tet富集主要是由于在nZVI作用下，EPS分泌量减少，大大降低了EPS界面相关tet的水平转移效率，尤其是转化效率。

该研究得到了国家自然科学基金(42307003)、广东省科学院打造综合产业技术创新中心行动资金项目(2022GDASZH-2022010101)、广东省科技专项(2022A0505090004)和“广东特支计划”杰出人才专项(2023JC07L096)的支持。

相关论文信息:https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2024.135902