Nanoplastics‑mediated physiologic and genomic responses in pathogenic Escherichia coli O157:H7
纳米塑料介导致病性大肠杆菌O157:H7的生理与基因组响应
来源：Journal of Nanobiotechnology 2025, Volume 23, Article number 304
《纳米生物技术杂志》，2025年，第23卷，文章编号304
摘要
本研究探究表面功能化、不同电荷的聚苯乙烯纳米塑料（NP）对致病性大肠杆菌O157:H7生理及生物膜形成的影响。结果显示带电纳米塑料可影响病原菌的生长、活力、毒力、应激反应与生物膜形成；带正电纳米塑料对浮游细胞具有抑菌效应，且影响细胞活力与生物膜起始。转录组与基因表达数据显示纳米塑料暴露导致全局基因表达显著改变，应激、毒力、群体感应与生物膜起始基因显著上调。纳米塑料暴露不显著影响病原菌存活，但改变生长与生物膜发育模式，并显著增强毒力表型。
关键词
纳米塑料；大肠杆菌O157:H7；生物膜；毒力；基因表达；应激反应；表面电荷；浮游细胞
研究目的
揭示不同表面电荷的聚苯乙烯纳米塑料对致病性大肠杆菌O157:H7的生长、活力、生物膜形成、氧化应激及全局基因表达的影响与分子机制。
研究思路
选用30–100 nm的不带电、正电、负电聚苯乙烯纳米塑料，设置50、100 mg/L浓度处理大肠杆菌O157:H7；监测浮游菌生长动力学与活力；观察PET微塑料上生物膜形成、结构与组分；检测丙二醛、过氧化氢酶水平评估氧化应激；通过转录组与qPCR分析毒力、应激、生物膜相关基因表达变化。
研究亮点
1 首次系统比较不同电荷纳米塑料对肠道致病菌O157:H7的生理与转录组影响。
2 证实正电纳米塑料具抑菌效应，且电荷依赖性调控生物膜发育。
3 发现纳米塑料暴露不降低存活但显著上调志贺毒素等关键毒力基因。
4 结合表型与转录组，阐明纳米塑料触发细菌应激与毒力增强的分子通路。
可延伸的方向
1 探究纳米塑料对细菌抗生素耐药性的协同影响。
2 拓展至其他食源性致病菌与纳米塑料的相互作用。
3 研究自然环境中老化纳米塑料的生物效应差异。
4 解析纳米塑料进入细菌细胞的具体途径与分子机制。
5 开展复杂菌群体系中纳米塑料对致病菌定植与传播的影响。
测量的数据及研究意义
1 纳米塑料表征DLS与Zeta电位数据（图1），确认粒径、PDI与表面电荷稳定性。
2 浮游菌生长动力学OD600与CFU数据（图2、表1），证实正电纳米塑料浓度依赖性抑菌。
3 流式细胞术活死菌计数数据（图2），显示正电纳米塑料降低初期细胞活力。
4 生物膜CLSM与ESEM成像数据（图3、4），揭示带电纳米塑料延缓生物膜成熟。
5 生物膜体积、结晶紫定量、糖与蛋白含量数据（图4），反映生物膜结构与基质变化。
6 丙二醛MDA与过氧化氢酶活性数据（图5），证明纳米塑料诱导氧化应激。
7 转录组差异基因与qPCR数据（图6、7、8），揭示应激、毒力、群体感应基因显著上调。
结论
1 纳米塑料表面电荷决定其对大肠杆菌O157:H7的生物学效应，正电纳米塑料具抑菌作用。
2 纳米塑料暴露不降低细菌存活，但显著改变生长模式与生物膜发育进程。
3 纳米塑料通过诱导氧化应激，全局上调细菌毒力、群体感应与生物膜相关基因。
4 环境中纳米塑料污染可能提升食源性致病菌的存活与毒力，增加公共卫生风险。
5 不带电纳米塑料影响较小，带电纳米塑料是引发细菌应激与毒力增强的主要类型。
使用芬兰Bioscreen仪器测量数据的研究意义
使用Bioscreen C全自动微孔板吸光度读数仪连续监测24小时内OD600变化，每1小时自动读数，获得高精度生长动力学曲线；基于修正Gompertz模型精准计算滞后期、比生长速率与代时，客观量化不同电荷、不同浓度纳米塑料对浮游菌生长的抑制效应，尤其明确正电纳米塑料的浓度依赖性抑菌作用，排除人工读数误差，为纳米塑料毒性评价提供标准化、可重复的核心定量数据。