原始研究的文章

前面。3月科学。,16 January 2023
秒。海洋污染
卷9 - 2022 | https://doi.org/10.3389/fmars.2022.1086606

铜的综合效应,氧化锌,NPs在河口水抗生素抗性基因

Yu-ru陈 ^1、2

荣荣沙²

小李的太阳²

Xing-pan郭 ^{2、3 *}

李阳^2、3、4

¹化学与环境工程学院、深圳大学、深圳,中国
²地理信息科学重点实验室(教育部),地理科学学院,华东师范大学,上海,中国
³Eco-Chongming研究所、华东师范大学,上海,中国
⁴河口和沿海研究的国家重点实验室,华东师范大学,上海,中国

大多数研究是否和纳米颗粒(NPs)如何影响抗生素抗性基因(ARGs)关注测试单一NPs类型。在这项研究中,我们确定了铜的综合效应,氧化锌,NPs在长江口的水样采集,发现产生的效果大大不同于个人NPs。结果表明,铜,氧化锌,NPs一氧化碳暴露导致ARGs的浓缩,而个人铜,氧化锌,NPs敞口减少大量的参数。此外,铜和氧化锌的一氧化碳暴露NPs诱导相比明显的微生物群落的变化控制的社区。冗余分析表明,微生物群落的参数配置文件(43.5%),其次是溶解金属离子(25.7%)、著,(19.4%)和mg (4.4%)。网络分析发现一些潜在的主机(如分枝杆菌和大肠杆菌)和隐含的风险程度的参数传输到不同的生存环境,这些常见的微生物。

介绍

非常大的生产和利用工程纳米颗粒(NPs)在不同的字段可能直接或间接地导致环境中的残留NP浓度的增加,可能造成潜在影响在水生或者陆生生态系统和各种生物吸引了更多的关注他们的生态风险(Bundschuh et al ., 2018)。例如,由于其独特的结构和光学性质(柯林斯et al ., 2012)、铜(铜)NPs被广泛添加到催化剂和电子产品。的第一个商业NPs氧化锌(氧化锌)NPs广泛应用于纺织、化妆品、颜料、食品添加剂,医药行业(Piccinno et al ., 2012)。据报道,金属NPs (M-NPs)常见胶体在水生环境中,而溶解的金属离子或小无机复合物M-NPs可能产生的毒性测试生物(刘et al ., 2016;图兰et al ., 2019)。暴露在单一M-NPs的影响,如铜或氧化锌NPs,已经调查,对比研究表明铜的溶解金属物种和氧化锌NPs比粒子形式(有毒Barjhoux et al ., 2012;亚当et al ., 2014;华et al ., 2014),据报道,细胞毒性效应很可能是由于颗粒形式的铜和氧化锌NPs (Fernaindez-Cruz et al ., 2013;歌et al ., 2014)。值得注意的是,生物多种污染物的暴露可能发生在自然环境(王et al ., 2016;郭et al ., 2018 a)。然而,这是一个现象,铜和氧化锌NPs自然发生的环境;例如,在淡水、土壤、空气、和垃圾填埋场(凯勒和Lazareva, 2014年;聚氨酯et al ., 2016),但是知识的联合影响铜和氧化锌NPs生物仍然缺乏。

抗生素耐药性污染已成为世界性的挑战因为几乎所有类别的抗生素和广泛的耐药性细菌(ARB)和抗生素抗性基因(ARGs)曾被观察到在不同环境矩阵(巴瑞,2015;Amarasiri et al ., 2019;米尔斯和李,2019年),其中地表水是一个重要的储层参数和ARB (斯托尔et al ., 2012;Zhang et al ., 2016)。在地表水、参数和ARB很容易传播通过人类和其他动物之间的微生物,参数也可以通过微生物群落演替和移动传播基因元素(毫克);即。,integrons, plasmids, and transposons (文澜MacLean和圣,2019年)。

有等新兴证据表明单一M-NPs₂O₃,TiO₂、铁₂O₃措,氧化锌可以促进抗生素耐药性传播通过水平基因转移(HGT)在纯文化(邱et al ., 2012;邱et al ., 2015;王et al ., 2018;Zhang et al ., 2019),这表明ARG传播的潜在风险在M-NPs的存在。此外,金属离子释放M-NPs(如Ag,措,氧化锌)可能有助于促进共轭频率,以及参数的结合促进通过M-NPs发生机制包括细胞内活性氧产量,SOS反应和细胞膜通透性(王et al ., 2018;Zhang et al ., 2019;陆et al ., 2020)。此外,自然环境是一个复杂的多相矩阵组成的异构化学和细菌组成:确定参数的M-NPs对传播的影响在自然环境中是一个重要的话题。最近的研究,尽管有限,报道说,微生物群落和参数配置文件可以在各种环境改变矩阵(如废水、河口水、污泥)当暴露于特定M-NPs(例如,非盟,Ag)措,氧化锌)(马et al ., 2016;Metch et al ., 2018;陈et al ., 2019;Zhang et al ., 2020)。此外,各种污染物的混合物可能很可能产生更大的影响比单个测试生物化学(黄et al ., 2018;Malandrakis et al ., 2020)。

河口及附近沿海地区有很大的生态和经济意义和经常收到大量的污染物输入(例如,ARGs, ARB, NPs、重金属、有机污染物)从城市径流,河流径流、污水排放口(Czekalski et al ., 2014;郭et al ., 2018 b;金银铜et al ., 2021)。ARG河口污染在世界范围内已经被调查,其中长江河口是最经常检查在中国,由于其重要的经济和生态价值(林et al ., 2015;郭et al ., 2018 b)。然而,目前不清楚存在的多个M-NPs一氧化碳暴露影响河口环境的微生物群落和参数。是至关重要的,以便更好地理解在河口水域ARG传播风险的压力下m np一氧化碳暴露。

在最近的研究中,铜,氧化锌,NPs M-NPs被选为代表探讨微生物群落和参数的变化丰富共存的影响这两个NPs在环境相关浓度下长江河口。这两个M-NPs选择基础上,(1)铜和锌重金属的环境问题显示显著的相关性矩阵参数的浓度在不同环境(例如,水、沉积物和生物膜)(霁et al ., 2012;郭et al ., 2018 a;陈et al ., 2020),(2)铜和氧化锌是最常用的纳米材料在涂料、化学传感器、催化和化妆品行业(柯林斯et al ., 2012;Piccinno et al ., 2012)。特别是,氧化锌NPs广泛检测到长江河口的水和沉积物(陈et al ., 2020;金银铜et al ., 2021)。为此,释放金属离子的浓度之间的关联,mg, arg游戏以及微生物群落进行调查。本研究的目标是(1)评估的影响铜的共存和氧化锌NPs在微生物群落变化和参数配置文件在河口水域和(2)探索底层机制选择的参数在铜和氧化锌NPs一氧化碳暴露。

材料和方法

河口水样

水样收集从2018年3月长江口。采样站点(经度:121°25′59.8“东,纬度:31°28′52.1”北)(图S1)是污水处理厂的污水流出口附近的长江。提出了水属性的具体信息表S1。

纳米颗粒制备

商业铜NPs (50 nm,粉)和氧化锌NPs (60 nm,粉)购买从然纳米技术有限公司有限公司(上海,中国)。NPs的大小和形态特点是透射电子显微镜(JEOL jem - 2100 f,日本)根据我们前面的研究(妞妞et al ., 2018),列出了详细的信息图S2。1000 mg / L股票的解决方案准备和超声分散(100 W, 40 kHz) filtration-sterilized超纯水30分钟在使用前由碎冰(温度控制)。

纳米颗粒的实验装置

曝光的锥形烧瓶实验顺序与自来水清洗,超纯水,丙酮。由于我们之前的结果发现,锌^{2 +}和铜^{2 +}被显著相关参数(郭et al ., 2018 b)和氧化锌NPs(0.2和1 mg / L)可能导致本研究区(参数的选择陈et al ., 2019),氧化锌NPs是最后选择和其个人工作浓度设置为0.5 mg / L。对于氧化锌NPs的比较,选择元素铜NPs及其浓度也设置为0.5 mg / L。结合组包含0.25 mg / L的氧化锌和铜NPs、分别和空白对照组无任何NPs是设置在同一时间。收集到的水样本混合,然后分为使之前使用。准备后,烧瓶用800毫升河口水被置于瓶(150 rpm) 25°C的温度在12 h黑暗/ 12 h光周期。在我们以前的出版物,结果显示一个明显的时间参数配置文件和微生物群落的变化在一个24小时期间暴露于氧化锌NPs (陈et al ., 2019),特别是在3 h。因此,样本收集在0 h, 1 h, 3 h, 6 h, 12 h和24 h。收集到的样本立即真空过滤过滤膜(0.22μm),然后是膜储存在-20°C到DNA提取。所有这些文化分析进行了一式三份。为了消除人工干扰,为了更好的模拟环境条件,任何营养物质没有添加到样品在实验。

金属离子对照组

在这项研究中,金属离子释放的影响NPs在微生物群落的变化和参数。当水样收集NP暴露实验,5毫升次级样本退出每个治疗在一定的曝光时间(0 h, 1 h、3 h, 6 h, 12 h和24 h)。收集到的样本离心机在12000 rpm 30分钟,然后上层清液受到从M-NPs分析金属离子溶解的浓度与电感耦合等离子体质谱法(美国优秀,NexION 350 d)。根据检测到的浓度,CuSO₄h·5₂O和ZnSO₄h·7₂O(基于“增大化现实”技术,化学试剂国药控股有限公司,上海,中国)准备和用作铜的来源^{2 +}和锌^{2 +}金属离子的控制来模拟纳米粒子溶解。同样,在滤膜采集样本进行微生物群落和参数分析。所有的程序都是类似的NP暴露实验部分中描述的“纳米粒子暴露实验装置”,和文化分析进行了一式三份。

DNA提取和定量聚合酶链反应分析

所有的样品的DNA被孤立于滤膜土壤DNA工具包(美国ωBio-Tek Mag-Bind)根据制造商的指示。提取后,高质量的DNA样本(A260 / A280: 1.8 - -2.0)储存在-20°C的进一步分析参数和微生物群落。鉴于我们之前的研究在长江口,六个最普遍arg游戏由两种磺胺类抗性基因(南1,南2),两个四环素抗性基因(春节一个和春节W),一个大环内酯物抗性基因(嗯B)和一个氨基糖苷类耐药基因(aac (6’)ib) 1类整合子(intI1),共轭转座子(Tn916/1545),锌和铜抗性基因(znt一个,zntB和警察),16 s rRNA被选为目标基因定量PCR分析(郭et al ., 2018 a;郭et al ., 2018 b)。25μL体积反应的进行了分析,包括12.5μL 2×SGExcel FastSYBR混合物(火箭)(Sangon,中国),1μL标准质粒或DNA模板,每个引物(10μM) 0.5μL,和10.5μL ddH₂o .引物序列扩增协议和标准曲线中列出所有目标基因表S2、S3。

微生物群落分析

Illumina公司MiSeq测序(美国Verogen)被用来评估水样的微生物群落组成在铜和氧化锌NP曝光,和16 s rRNA基因(V3-V4地区)放大细节补充材料所示。然后,扩增子的Illumina公司MiSeq平台分析了个人生物技术(上海,中国)。序列数据被QIIME分析软件(v1.8.0)。然后,生成的序列被聚集到操作分类单元(辣子鸡)USEARCH方法相似水平的97% (埃德加,2010)。最初的配对Illumina公司MiSeq读取提交NCBI序列读取存档(SRA)数据库(加入SRP409221)。

统计分析

比较单个基因的丰度是由单向方差分析使用SPSS 19.0软件(美国IBM)和斯皮尔曼相关分析是分析参数之间的相关性,进行著,mg,溶解离子。P <0.05表明显著相关性或显著差异。热图分析,主成分分析(PCA)和冗余判别分析(RDA)进行了使用R基础包。网络分析基于一个枪兵的参数之间的相关分析,使用Gephi著,mg,属进行。

结果

目标参数的反应强调个人和铜和氧化锌NPs相结合

六个目标参数的相对丰度在所有治疗组范围从-5.4到-1.4日志₁₀(张/ 16 s rRNA) (图1一个)。值得注意的是,南1,南2的相对丰度从-3.1到-1.4日志₁₀(张/ 16 s rRNA)是一贯发现主要参数相比,其他四个参数和占64% -90%的六个参数。相比之下,没有明显优势的相对丰度春节一个,春节W,aac (6’)ib,嗯B,这是在-5.4到-2.1范围的日志₁₀(张/ 16 s rRNA) (图1一个)。

图1

图1目标基因的丰度。(一)相对丰度(日志₁₀/ 16 s rRNA)(副本)的目标基因在所有的样品在不同曝光时间;(B)相对丰度(ARGs副本/ 16 s rRNA副本)的arg游戏24小时;(C)归一化值(NVs) ARGs暴露实验中所有的治疗方法。NV > 1表示参数的丰度是提高当暴露于NPs或金属离子,在特定的时间;NV < 1表示参数的丰度是减少暴露于NPs或金属离子时,在特定的时间。铜的标签,氧化锌和铜+氧化锌代表集团与铜NPs、氧化锌NPs和铜+氧化锌NPs,分别。

仅当暴露于铜NPs,六个参数的丰度相对于控制(呈下降趋势图1一个)。值得注意的是,归一化值(NVs) (ARGs的丰度值在每个相应的空白控制曝光时间规范化)介绍了减少self-variations造成的影响随着时间的推移,微生物(陈et al ., 2019)。铜NPs的曝光期间,神六参数几乎是低于1,和神的arg游戏显示出明显的趋势首先减少(6小时内),然后增加,然后随曝光时间,除了aac (6’)ib,显示初始下降的趋势(在12小时)后,在接触(图1 c)。类似的减少趋势,arg游戏也发现single-ZnO NP接触(图1一个)。的神六参数范围从0.01到1.56,而NVs arg游戏也降低了第一个(6小时内),然后增加然后减少曝光时间(图1 c)。值得注意的是,只有神(曝光时间的1、3、12 h)南1大于1,和丰富的南1相比差异不显著的控制的暴露(24小时)(P >0.05)(图1 c)。相比之下,当暴露在铜和氧化锌NPs同时,丰富的arg游戏呈现先降低,然后增加趋势相比空白(图1一个)。对参数的变化出现在单铜NPs和氧化锌NP曝光,arg游戏(除了嗯B)是富含NVs 1.09到3.66范围结束时暴露(24小时)的共存下铜和氧化锌NPs (图1 b)。此外,相对丰度(ARGs副本/ 16 s rRNA副本)的总参数在24小时组铜和氧化锌NPs显著高于单铜NPs或氧化锌NP接触(图1 b)。相对于单一NP曝光,明显降低(P <0.05)生物质(16 s rRNA基因副本)观察铜和氧化锌NP一氧化碳暴露组(图S3)。

发布了铜的影响^{2 +}和锌^{2 +}从铜和氧化锌NPs参数变化

所示图S4,发布了铜的浓度^{2 +}和锌^{2 +}从铜和氧化锌NPs范围从6到12μg / L和25 - 130分别μg / L。根据暴露实验与单铜^{2 +}和锌^{2 +}在12的浓度μg / L和130μg / L,分别和铜^{2 +}和锌^{2 +}一氧化碳暴露浓度的6μg / L和65μg / L,分别ARG的变化丰度与铜的存在^{2 +}、锌^{2 +},离子所示图1一个。对铜^{2 +}单独接触,arg游戏显示趋势的丰度的增加(1小时内),然后减少与空白组相比。在锌^{2 +}暴露组的丰度南2,春节一个,春节W与空白组相比,呈下降趋势,而其他三个参数(南1,aac (6’)ib,嗯B)均呈增长趋势。此外,铜^{2 +}和锌^{2 +}一氧化碳暴露组,参数变化的趋势是类似于锌^{2 +}。三个离子暴露组中,个别参数波动的变化NVs 24小时暴露期间所有的样本,其中三个参数的神(南1,aac (6’)ib,嗯B)在不同曝光时间几乎是大于1 (图1 c)。结束的时候暴露(24小时),铜^{2 +}观察引起衰减(NVs < 1)更多的参数(南1,南2,春节一个,春节W,嗯B)比锌^{2 +}(南2,春节一个,春节W)和铜^{2 +}和锌^{2 +}一氧化碳暴露(南2,春节一个,春节W) (图1 b, C)。

回应的目标著和mg单一和铜的复合应力和氧化锌NPs

与空白组相比,这三个著丰富的显示,大多数治疗组(呈下降趋势图1一个)与NVs小于1的最后的接触(图1 c)。值得注意的是,铜和氧化锌NPs的联合暴露下的神znt一个和zntB分别为1.4和1.81,分别在24小时(图1 c),他们与大多数参数的变化(除了嗯B),神都在1.09至3.66的范围。此外,相关分析表明,与三个著(arg游戏显示显著的正相关性P <0.01)(表S4)。相比之下,铜^{2 +}和锌^{2 +}释放出铜浓度和氧化锌NPs河口水样与一些参数和著呈负相关,包括南2,aac (6’)ib,嗯B,警察一个。

的变化在两个毫克,与空白组相比,Tn的丰度916/1545和intI1还显示一个下降的趋势(图1 c),大多数神都小于1 (图1 c)。特别是,铜和氧化锌NPs一氧化碳暴露下,intI1was稍浓的曝光,NV的1.21 (图1 c)。此外,参数之间的相关系数和mg显示mg arg游戏(呈极显著的正相关关系,P< 0.05)(表S4)。

微生物群落的变化下暴露的个人和铜和氧化锌NPs相结合

在最近的研究中,微生物群落的变化通过Illumina公司MiSeq测序在河口水域进行了分析,结果表明,铜NPs和氧化锌NPs单独或结合影响微生物群落的多样性和丰富性(表S5)。此外,这些样本分散的微生物群分成两组的轴PC1 (图S5从PCA分析),A组和b组,A组表示为有三个样本,包括单铜NPs、氧化锌NPs和铜^{2 +}曝光不分开的对照组,而样本在B组紧密聚集和对照组分开,包括铜和氧化锌NP一氧化碳暴露,铜^{2 +}和锌^{2 +}一氧化碳暴露,锌^{2 +}曝光。

总的来说,变形菌门,蓝藻,放线菌,拟杆菌门是最丰富的类群,约占总数的81.5%到94.3% 24确认门(图S6)。为了研究微生物的变化用文字表达思想在刺激暴露在这项研究中,我们介绍了我们之前讨论的绝对丰度指标研究(陈et al ., 2019)。的相对丰度变形菌门随着时间的增加(图S6),但是NV值下降随着时间的推移,所有的治疗除了铜NP唯一接触(表S6)。NPs的存在可能引起的绝对丰度的增加拟杆菌门(表S6)。为蓝藻随着时间的推移,相对丰度下降(图S6),但蓝藻更丰富的样本组比相应的空格(NVs > 1) (表S6)。的相对丰度放线菌在B组样品均呈增长趋势随着时间的推移,和神是1.19 - 4.75倍高于相应的空白组(表S6)。

为了进一步分析细菌的反应社区M-NPs,前十名的相对丰度在每个治疗选择和丰富的属的热图的总结。所示图227属进行了分析,他们显然分为上述组A和B,与对照组相比,大量的12个属(用红色标识),B组均呈增长趋势,其中大多数12属属于变形菌门和放线菌门(表S7)。在这项研究中,相对丰富的Nocardioides在B组显著增加相对于那些在相应的控制。此外,属Panacagrimonas和涅瓦菌属,属于变形菌门门,均呈增长趋势相对丰度相似Nocardioides(图2)。的绝对丰度涅瓦菌属,Panacagrimonas,Nocardioides在B组的样品,他们还显示一个增加的趋势(图S7)与NVs从1.13到1.28结束时的接触(表S8)。

图2

图2热图的相对丰度的十大属(价值观日志₁₀-转换),提供所有的样品中微生物群落的发展在不同的曝光时间。值越高,红和蓝,值越低。属用红色标注的是12属较高丰度比较在B组对应的控制。

参数的变化影响因素的存在个人和铜和氧化锌NPs相结合

RDA分析表明,所选变量包括金属离子、著,mg,微生物群落(相对丰度> 1%)占总数的74%参数变量(图3)。确定关键的解释因素和分离选择变量的贡献(例如,微生物群落,mg,著,和金属离子),部分RDA完成。一般来说,微生物群落的参数配置文件(43.5%),其次是溶解金属离子(25.7%)、著,(19.4%)和mg (4.4%)。考虑到微生物群落,在11个类群,放线菌(公关,0.039)Acidobacteria(公关、0.009)显著相关南1,嗯B,aac (6’)ib。所示图3,印锑1(公关,0.001),znt(公关、0.002),zntB(公关、0.001)显著相关参数(南2,春节一个,春节90 W)。对于网络分析,潜在的宿主细菌被确定参数(图4)。的南1宿主细菌的多样性最高,与80潜在主机,其中57细菌属属于变形菌门。在80潜在的宿主,9属于十大细菌属进行了总结图2。例如,Panacagrimonas和分枝杆菌被确定为潜在的主机南1。另一个SAs-ARG,南2,有三个潜在的宿主。特别是,Arenimonas,所有的样品的主要属之一,被确认为一个潜在的宿主南2。此外,小球藻sp。CC-Bw-9被确认为一个潜在的主机春节W。

图3

图3RDA分析微生物群落(门),mg,著、铜^{2 +}、锌^{2 +}精丰度在所有样本。

图4

图4网络分析基于参数之间的斯皮尔曼相关分析,mg,著和他们的潜在宿主细菌在所有样本。之间的连接两个节点代表一个显著正相关(P< 0.05),红色意味着正相关,绿色意味着负相关。

讨论

先前的研究指出,M-NPs参与塑造的参数配置文件(陈et al ., 2019;苏et al ., 2019;施et al ., 2019),但效果M-NPs一氧化碳暴露在自然环境参数配置文件仍然缺乏。在这项研究中,铜和氧化锌NPs一氧化碳暴露参数配置文件和微生物群落在长江口调查。考虑到我们之前的研究中,22个参数对应五是常见的抗生素类从长江口水域收集(郭et al ., 2018 b)。因此,那些22个参数进行了分析,结果表明,只有6个参数(南1,南2,春节一个,春节W,嗯B,aac (6’)ib)在样本丰富;因此,他们选择为我们的进一步研究。

在目前的研究中,铜NPs的存在降低了参数。之前的研究也报道了铜NPs可以抑制参数(南1,油气地质在渗滤液(A1)传播苏et al ., 2019)。此外,我们的研究结果表明,氧化锌的存在NPs(浓度为0.5 mg / L)减少参数引起的。在以前的出版物,氧化锌NPs在宽级测试浓度从0.2 mg / L(环境相关浓度)到500 mg / L(一个相对较高的浓度)观察在自然水域ARG丰度增加,污泥和垃圾填埋场渗滤液(陈et al ., 2019;黄et al ., 2019;施et al ., 2019)和氧化锌NPs可以促进传播参数通过提高质粒的共轭频率RP4 (王et al ., 2018)。这种差异可能是由于这些环境矩阵之间的物理化学差异导致不同微生物群落的主要宿主和发射机参数和不同命运的NPs(聚合、生物利用度和毒性),这将影响他们对微生物的影响。此外,捐赠者和接受者的密度直接影响新transconjugants的形成(索伦森et al ., 2005)。本研究细菌密度低(至少两个数量级)比先前的研究,这可能是导致较低的高度在NP曝光频率的参数。然而,类似的观察发现苏et al。(2019)暗示,氧化锌NP(5、50和100 mg / L)接触促使参数衰减的速率和减少渗滤液的丰富微生物群。考虑到这些事实,有多个可能的机制参与了氧化锌NPs影响参数动力学在不同的环境中。因此,需要更多的研究来更好地理解ARG传播风险在不同环境压力下的m np曝光。

值得注意的是,铜的混合物和氧化锌NPs可能诱发ARGs的浓缩的浓度为0.5 mg / L (NP曝光。此外,据报道,M-NPs,如措NPs、氧化锌NPs nano-Al₂O₃,nano-TiO₂接触可以提高参数的接合转移,主要是导致NPs或引起的氧化压力释放离子,与细胞膜通透性增加,SOS反应激活,和基因参与共轭传输老年病(邱et al ., 2012;邱et al ., 2015;王et al ., 2018)。生物质(16 s rRNA基因副本)铜和氧化锌NP一氧化碳暴露组明显低于单NP接触(图S3),这可能是由于本研究增强毒性。因此,提高铜的毒性和氧化锌NP一氧化碳暴露可能诱导的氧化应激微生物微生物群落和刺激参数转移,导致一氧化碳暴露下的ARG浓缩的铜和氧化锌NPs。此外,自然水生环境是复杂的,涉及多个浓度比例的铜和氧化锌NPs和各种环境矩阵和细菌组成。因此,确定多个NPs ARGs和底层的机制在自然环境中,更多的研究关于控制单个和多个环境因素是必需的。

为了评估参数变化的主要原因是是否溶解金属或NPs,铜的浓度^{2 +}和锌^{2 +}释放出铜和氧化锌NPs测定在河口水域,以及这两种金属离子对ARGs丰度的影响。结果表明,溶解铜^{2 +}造成大多数参数衰减锌紧随其后^{2 +}和铜^{2 +}和锌^{2 +}一氧化碳暴露(图1 b, C)。以前的研究也发现,在相同的曝光剂量(5、50和100 mg / L)铜或氧化锌NPs,相应的溶解铜^{2 +}减少了ARG丰度比锌在更大程度上^{2 +}做(苏et al ., 2019)。综上所述,由于不同组之间的趋势与金属的接触NPs及其相应的金属离子的溶解金属离子M-NPs可能不是参数配置文件在这项研究的主导因素。

据报道,在重金属和抗生素抗性基因可能位于同一毫克,这可能促进微生物群落之间的参数(高度Zhang et al ., 2018 a;丁et al ., 2019)。相应地,著和mg的变化可能表明变化的参数。因此,我们调查了三个著相应的铜和锌(郭et al ., 2018 b;Adekanmbi Adeleke, 2020)和两个毫克,通常发生在河口环境(陈et al ., 2019)。ARGs co-selection和著可能发生和mg可能参与传播这些参数在河口水铜和氧化锌NPs单独或结合使用在目前的研究。同样,co-selection重金属和参数被广泛报道在土壤等各种环境(赵et al ., 2019)、水(Zhang et al ., 2018 a)和肠道微生物群(丁et al ., 2019)。

微生物群落的组成变化密切相关参数的变化丰富,著,mg (郭et al ., 2018 b;陈et al ., 2019;施et al ., 2019)。微生物群落的变化的一氧化碳暴露下铜和氧化锌NPs主要归因于金属离子溶解和锌^{2 +}贡献的氧化锌NPs比铜更重要的影响^{2 +}所做的。变形菌门占主导地位的细菌类群之一,在大多数治疗(呈下降趋势表S6)。同样地,先前的研究已经报道,大量的变形菌门从M-NPs减少压力下(例如,氧化锌和铁⁰NP)在OCO反应器和垃圾填埋场渗滤液(刘et al ., 2018;施et al ., 2019)。的趋势放线菌变化类似于参数的改变,比如南1,aac (6’)ib,嗯B,这意味着放线菌可能是负责样本参数的增加趋势。这些发现也符合我们之前的研究中,这表明放线菌因为携带和传播是重要的主机参数在长江口(陈et al ., 2019)。至于十大丰富的反应属在每个治疗,大多数属被发现属于变形菌门和放线菌门(表S7)。这两种细菌类群被认为是重要的主机参数并参与传播的参数(Zhang et al ., 2018 b)。例如,Nocardioides属,属于放线菌门,已被确定为一个重要的参数(例如,南1,春节一个,春节W,嗯B)和mg (intI1)在我们先前的研究(郭et al ., 2018 b;陈et al ., 2019)。涅瓦菌属属于变形菌门门是耐甲氧苄氨嘧啶(低et al ., 2016)。在这项研究中,Nocardioides的丰度,涅瓦菌属,Panacagrimonas(属于变形菌门门)B组的样品均呈增长趋势,这表明这些属可能参与ARGs的浓缩样品在B组。

根据RDA (图3RDA)和局部分析,微生物群落被发现的关键因素方差参数配置文件,和丰富的变化南1,嗯B,aac (6’)ib可能与微生物分为有关放线菌和Acidobacteria。徐et al。(2020)报道说,大多数选择参数的数字(例如,南1,南2,春节一个,嗯B)相关Acidobacteria在饮用水系统中。的传播参数通过高度和co-selection普遍存在于环境(Bengtsson-Palme et al ., 2018)。在这项研究中,南2,春节一个,春节W是显著相关的印锑1,znt一个,zntB,这表明这三个参数的变化可能是相关的intI1,znt一个,zntB,它参与了HGT参数和co-selected金属。因此,铜NPs还是氧化锌NPs受到单独或一起的方差参数配置文件主要是受到大量的潜在宿主细菌和微生物群落中ARG的高度河口水(陈et al ., 2019;施et al ., 2019)。的潜在宿主细菌ARGs (图4),大多数细菌属属于变形菌门是确定为南1,这意味着丰富的变化变形菌门可能是负责南1。结果与之前的研究的结论一致,报告说变形菌门在一个大型水产养殖池塘SAs-ARGs密切相关(沈et al ., 2020)。为其他主机南1,大量的Panacagrimonas和分枝杆菌在B组样品均呈增长趋势,这可能与增加的南1 b组。结果表明Panacagrimonas和分枝杆菌在河口水可能参与的监管南1变化。此外,分枝杆菌被发现显著相关的各种参数(南1,南2,嗯在一个养猪场B) (他et al ., 2019年)。此外,Haliangium,一种适度halotolerant细菌能够生存的极端条件下,被发现是相关的南1,导致高ARG传播的风险。众所周知,大肠杆菌在我们的日常生活中是最常见的肠道病原体,和抗生素耐药性大肠杆菌特别关注的是(Adekanmbi Adeleke, 2020)。此前的一项研究报道,多药耐药大肠杆菌普遍存在在热带河口和印度,95%以上的分离株耐抗生素超过三个(Chandran et al ., 2008)。在这项研究中,人们发现大肠杆菌显著相关南1。因此,这种致病菌在自然水域的存在将提高人类感染的直接或间接风险。丰富的Arenimonas在样品组随时间呈下降趋势,而丰富的Arenimonas然后出现首次下降的趋势,在B组的样品,这意味着Arenimonas可能与变化南2在NP曝光。蓝藻了作为重要的储层不同参数(例如,春节一个,春节在水生环境(W)传播王et al ., 2020)。一致地,小球藻sp。CC-Bw-9属于蓝藻被确认为一个潜在的主机春节W。

结论

目前还不清楚现在铜的浓度和氧化锌NPs在河口环境中,然而,NPs的生产是成倍增加,可能在未来更高的输入到水生环境。在这项研究中,铜的影响和氧化锌NPs曝光单独或结合在环境相关浓度参数的变化丰富和微生物成分在河口水域。发现下准确的剂量(0.5 mg / L)的NP曝光,铜NPs或氧化锌NPs独自暴露主要导致目标参数的衰减在河口水,而铜NPs的混合物和氧化锌NPs可能诱发ARGs的浓缩。进一步分析表明,微生物群落的变化是推动ARG传播的主导因素,其次是溶解的金属离子,著,mg。网络分析显示,大多数潜在主机属于变形菌门和放线菌门,如分枝杆菌和大肠杆菌,很可能对人类和动物致病性。因此,在个人铜,ZnO-NPs相比,铜和氧化锌NPs似乎诱导参数的增加,这会增加的风险参数传输到不同的环境领域包括正常的人类肠道菌群。

数据可用性声明

在这项研究中提出的数据集可以在网上找到存储库。库的名称/存储库和加入数量(s)可以找到如下:NCBI序列读取存档,SRP409221。

作者的贡献

Y-RC:方法,验证,正式的分析,调查,数据管理,撰写初稿,写作——审查和编辑、可视化。rr:调查。X-LS:调查。X-PG:正式的分析、调查、数据管理、写作——审查和编辑、监理、项目管理、融资收购。YY:写作——审查和编辑、监督。所有作者的文章和批准提交的版本。

资金

这项研究是由中国国家自然科学基金(42107384,42107384)。为这项工作提供了额外的资金由中国博士后科学基金会(2019 m661426)和上海博士后卓越计划(2019066)。

的利益冲突

作者声明,这项研究是在没有进行任何商业或财务关系可能被视为一个潜在的利益冲突。

出版商的注意

本文表达的所有索赔仅代表作者,不一定代表的附属组织,或出版商、编辑和审稿人。任何产品,可以评估在这篇文章中,或声称,可能是由其制造商,不保证或认可的出版商。

补充材料

本文的补充材料在网上可以找到:https://www.雷竞技rebatfrontiersin.org/articles/10.3389/fmars.2022.1086606/full补充材料

引用

亚当N。,Leroux F., Knapen D., Bals S., Blust R. (2014). The uptake of ZnO and CuO nanoparticles in the water-flea水蚤麦格纳在急性暴露场景。环绕。pollut。194年,130 - 137。doi: 10.1016 / j.envpol.2014.06.037