我国典型砂质海滩微塑料附着致病菌群落和抗性基因的时空特征及其环境效应研究

Microplastic (< 5 mm) is numerically ubiquitous in the marine environment, which has ranked as one of the global threats similar to climate change, ocean acidification and ozone depletion. Additionally, small plastics provide stable substrate to a wide range of marine microorganisms (e.g., pathogenic bacteria) andmay function as vectors for these harmful bacteria, owing to their widespread dispersal. This would promote infection and lead a severe impact on marine ecosystem. By utilizing methods of next-generation DNA sequencing, real-time quantitative PCR and biological informatics, the temporal-spatial characteristics of microplastic associated bacterial communities from the bathing beaches located in the Qingdao city (n=2) and Nanao Island (n=2) will be analyzed and compared with those from the in situ seawaters and beach sands. We try to explore the potential impacts of microplastic associated bacterial factors on the water quality of the studied bathing beaches and the human health. This research will provide scientific evidences for the coastal environmental management and the control and regulation strategies of microplastic pollution in China.

微塑料（< 5 mm）在海洋环境中广泛分布并不断累积，已被列为与臭氧耗竭、海洋酸化、气候变化一样的全球性环境问题。微塑料为海洋微型生物提供了一种漂浮的、稳定的附着基底，可以作为载体传播有害微生物（例如致病菌），促进感染，对海洋生态产生严重影响。本项目拟以我国滨海城市和海岛浴场沙滩（青岛与南澳）作为研究区域，利用高通量测序，生物信息学和实时定量PCR等研究手段，对比研究浴场环境中微塑料、海水和沙子的微生物群落结构（特别是致病菌）、基因功能多样性和抗生素抗性基因丰度的时空特征及其关键影响因子，探讨微塑料附着微生物群落对浴场环境质量和人类健康的潜在影响。该研究能够为我国海岸环境管理及海洋环境微塑料污染的监管与安全保障提供数据支撑

海洋微塑料是一种全球性的污染物，遍布于全球海洋生态系统的每个角落。塑料垃入海通量预计在未来十年将急剧增加。在进入海水后，塑料在几分钟内就被微生物附着，形成生物膜。海洋微塑料颗粒为微生物提供了一种漂浮的、稳定的附着基底。但关于海洋微塑料附着生物群落中的有害微生物极其与人类健康相互关系认识还有待研究。本项目把浴场沙滩作为研究区域，利用16S rRNA基因测序和鸟枪法测序，对比研究浴场环境中微塑料、海水和沙子的微生物群落结 构(特别是致病菌)、基因功能多样性和抗生素抗性基因丰度的时空特征进行了研究。研究结果表明：1）微生物群落结构：研究区域内微塑料附着细菌的组成和结构在不同区域内具有差异，其组成群落与微塑料样品所处的沉积物环境和水环境具有紧密相关性。利用网络分析的方法对微塑料附着细菌群落组成进行筛选，预测了关键的细菌类别，例如:红细菌(Rhodobacteraceae)、放线菌(Actinobacteria)、蓝细菌(Cyanobacteria)和海杆菌(Marinobacter)是塑料附着群落的核心种类；2）潜在病原菌：微塑料样品及海水样品中存在多种潜在病原菌，并且部分类别的细菌丰度较高，主要包括弧菌(Vibrio)和假单胞菌(Pseudomonas)，某些微塑料样品中Vibrio相对丰度高达 41.03%。此外，微塑料表面潜在病原微生物的丰度在夏季相对较高；3）代谢通路分析结果显示微塑料附着微生物群落对塑料表面的附着生活方式具有适应性，这种适应性包括微塑料表面“细胞运动”的代谢通路表达较少，同时“外来物质的降解与代谢的代谢通路”的表达丰度较高。这些研究结果表明微塑料为微生物提供了一个独特的栖息地，且能够选择富集潜在病原菌，并传播。这些结果一定程度上丰富了我们关于微塑料对环境类健康的认知。