中国农业大学资环学院新污染物团队提出AHL介导的群体感应驱动了塑料际形成并提升其潜在致病风险

近日，《国际微生物生态学会会刊》(The ISME Journal )在线发表中国农业大学资源与环境学院新污染物团队汪杰课题组的研究论文《AHL介导的群体感应驱动了塑料际形成并提升其潜在致病风险》（AHL-mediated quorum sensing drives plastisphere formation and elevates pathogenic potential ）。

该研究整合全球塑料际宏基因组数据，并结合微流控芯片、连续流管柱培养、多组学测序及宏基因组组装基因组 (metagenome-assembled genomes, MAGs) 分析，系统揭示酰基高丝氨酸内酯 (acyl-homoserine lactones, AHL) 介导的群体感应 (quorum sensing, QS) 在塑料际生物膜形成、微生物群落组装及潜在致病风险提升中的关键作用。研究结果为揭示微塑料表面生物膜的形成机制及其生态与健康风险提供新的机制性证据。

随着全球塑料污染持续加剧，塑料碎片表面形成的附着生物膜——“塑料际”（plastisphere）—已成为环境微生物学与生态风险研究的前沿议题。然而，塑料际的形成过程及其关键生物学驱动机制仍缺乏系统阐释。围绕这一科学问题，本研究首先整合全球9项独立研究中的166个塑料际宏基因组和53个环境水体宏基因组数据，发现塑料际中群体感应及生物膜形成相关基因显著富集，其中以AHL介导的群体感应信号相关基因最为突出。进一步结合微流控芯片与连续流管柱实验体系，研究团队通过外源添加AHL信号分子、引入群体淬灭剂AHL acylase进行信号抑制及联合处理，直接验证了AHL信号对塑料际形成的促进作用。

研究结果表明，AHL信号可显著增强微塑料表面的生物膜定殖、总生物量及胞外聚合物（EPS）积累，并显著上调与表面黏附、胞外基质生成、细菌趋化及鞭毛装配相关的关键通路和功能基因表达。与此同时，AHL信号还可重塑塑料际微生物群落结构，改变微生物互作网络特征，并推动群落组装向更强的确定性选择过程转变。值得关注的是，AHL信号进一步提高了塑料际中与病原体及毒力因子相关功能基因的相对丰度与表达活性，表明在群体感应增强条件下，塑料际可能具有更高的潜在毒力风险。综上，本研究揭示了AHL信号介导的群体感应在塑料际组装中的关键作用，并明确其是塑料际生态风险的重要驱动因素，为微塑料污染生态风险机制研究及相关干预策略开发提供了理论基础。

这一研究结果表明塑料污染的风险评估不能仅停留在“提供附着表面”这一物理层面，更应关注塑料界面上微生物信号调控所引发的生物学效应。从应用角度看，围绕AHL介导群体感应开展群体淬灭、表面工程化调控或材料功能设计，可能为降低塑料际生物膜风险及潜在致病传播风险提供新的思路。

中国农业大学资源与环境学院汪杰副教授为论文第一作者，汪杰副教授与王小萍教授为论文共同通讯作者。研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、中国农业大学“2115”人才发展计划等项目的资助。