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自然生物膜對納米顆粒毒性的抗性研究獲進展

2021/12/25

目前，關於人工納米顆粒與微生物的相互作用研究主要針對單一物種微生物，且主要集中在納米顆粒的生物毒性方面，而對環境中廣泛存在的微生物聚集體如自然生物膜對人工納米顆粒的抗性關注較少。自然生物膜是在稻田、溝、渠、塘、淺水湖泊等濕地系統中廣泛存在的典型微生物聚集體，具有獨特的聚集結構和複雜的群落組成，對多種常規污染物脅迫具有一定的抵抗和適應能力，但對於其是否會對納米顆粒毒性具有抗性尚不清楚。研究微生物聚集體對納米顆粒的抗性有助於深入認識納米顆粒的環境行為，並對發掘能夠有效控制人工納米顆粒環境危害的生物措施具有重要價值。

科學院南京土壤研究所研究員吳永紅課題組系統研究了自然生物膜對工業和生活中廣泛應用的氧化鐵納米顆粒（IONPs）毒性的抗性及其機制。結果發現，IONPs脅迫會促使自然生物膜產生更多的且含有更豐富官能團的胞外聚合物來保護微生物細胞，其中可溶性胞外聚合物能夠促使納米顆粒團聚並降低其在環境中的移動性，鬆散態胞外聚合物能夠吸附大量的納米顆粒，緊縛態胞外聚合物使微生物細胞的聚集結構更為緊密，並形成一道物理屏障阻止納米顆粒進入細胞。雖然有胞外聚合物保護，一部分納米顆粒依然能夠進入微生物細胞，併產生活性氧對細胞造成氧化損傷和結構破壞，並對其生理活動造成影響。長時間的IONPs脅迫會使自然生物膜產生更多的化感物質，改變微生物之間的相互作用，並使其群落組成和微生物多樣性發生變化，形成新的穩定的微生物群落，來保持自身的碳代謝和污染物去除等功能的穩定。納米顆粒暴露會對微生物聚集體的細胞結構和生理活動產生損傷和脅迫，但是微生物聚集體能夠通過其聚集結構和群落組成的變化增強對納米顆粒脅迫的抗性，並保持其生理生態功能的穩定。

相關研究結果發表在 Environmental Science: Nano 和 Environmental Science & Technology 上。