香港科技大学刘红斌教授团队及合作者揭示了肠道微生物与浮游动物对纳米银材料和银离子不同的代谢响应和解毒机制

纳米银材料 (AgNPs) 被广泛应用于集成电路，家电家具，抗菌类医疗器械和食物保鲜类产品中。随着化工产品的产能和消费力上升，被排放入水体中的AgNPs也大量增加。然而纳米银粒子的杀菌性和对自然水体中与细菌形成共生体的浮游生物的影响尚不明确，并且无法解释已发现的AgNPs与银离子(Ag+)之间存在的毒性差异机制。相关研究的缺乏限制了人类对纳米银粒子相关的环境排放评估，污染修复和管控。

近日，香港科技大学刘红斌教授团队和香港城市大学王文雄教授合作，采用肠道微生物转接，肠道微生物宏转录组，肠道微生物16s DNA扩增子，多世代连续培养等方法在生物互作的水平上揭示了肠道微生物与浮游动物对AgNPs和Ag+不同的代谢响应和解毒机制。该成果以李英东为第一作者发表在英国皇家学会期刊Environmental Science：Nano, 题目为“Gut-microbial adaptation and transformation of silver nanoparticles mediated the detoxification of Daphnia magnaand their offspring”。

该项研究结果表明，肠道积累的 Ag+ 和 AgNPs 会被肠道微生物所合成的硫化物中和并解毒，随后影响浮游动物的毒性症状。多代连续培养揭示了长时间的污染物暴露提高了肠道对微生物群落的筛选压力，并且肠道微生物对毒性的适应既依赖于银的形态，也依赖于暴露时间，从而在不同暴露实验组和不同暴露世代中产生了截然不同的肠道微生物群落结构，差异性基因表达，和梯度性宿主毒性特征。肠道微生物转接实验进一步证明在多世代暴露后对一种银形态适应的肠道微生物无法适应来自另一种银形态的毒性，导致宿主的中毒特征加剧，从而证明AgNPs与Ag+之间存在的毒性差异与伴生的微生物密切相关。进一步的验证实验和转录组分析证明肠道中富集的有机物促使了微生物对AgNPs和Ag+的不同响应，其中微生物降低了与有机物降解相关基因的表达，促使有机物附着在AgNPs粒子表面，从而阻止Ag+的释放，避免被释放的高氧化Ag+破坏细胞结构，在这一过程中也避免了Ag+对宿主细胞的氧化性破坏。然而在面对Ag+时，微生物大量降解肠道中富集的有机物来供应合成硫化物所需的电子和能量，从而促使合成更多S2-与Ag+结合，生成中性物质Ag2S，达到保护宿主免受伤害。

这些结果为进一步论证银污染物对环境的破坏以及其他潜在污染物间接破坏生态系统提供了启示和理论指导。

论文信息

Li, Y., W.-X. Wang, and H. Liu, Gut-microbial adaptation and transformation of silver nanoparticles mediated the detoxification of Daphnia magna and their offspring. Environmental Science: Nano, 2022. 9(1): p. 361-374.