当马尾藻遇见塑料垃圾、弧菌:一场完美的“病原体”风暴 ·

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近日,小编注意到一篇最新的研究,揭示了海洋生态系统中的一个隐藏威胁——弧菌(Vibrio bacteria)、马尾藻属植物跟塑料垃圾的危险关系。编译分享如下。

当马尾藻遇见塑料垃圾、弧菌:一场完美的“病原体”风暴 ·

一些基于培养的数据显示,搁浅的马尾藻似乎藏有大量的弧菌。(图片来源:Brian Lapointe, FAU Harbor Branch),佛罗里达大西洋大学官网


这项研究揭示了马尾藻(Sargassum spp.)、塑料海洋垃圾和弧菌细菌之间的相互作用,形成了完美的“病原体”风暴,对海洋生物和公共健康产生重要影响。弧菌细菌广泛分布于世界各地的水域,并且是导致人类在海洋环境中死亡的主要原因。例如,弧菌弗伦尼副溶血弧菌(Vibrio vulnificus),有时被称为“食肉细菌”,可导致由食用海鲜引起的危及生命的食物中毒以及开放性创伤感染所引起的疾病和死亡。

自2011年以来,马尾藻(Sargassum)在萨尔加索海和其他开放海洋地区,如大西洋马尾藻带,迅速扩张,包括海滩上频繁而前所未有的海藻聚集事件。塑料海洋垃圾最初在萨尔加索海的表层水域中发现,并已成为全球关注的问题,在海洋环境中的存在时间比自然基质长几十年。

目前,对于弧菌与马尾藻的生态关系所知甚少。此外,关于在塑料海洋垃圾和马尾藻上定殖的弧菌是否可能感染人类的基因组和宏基因组证据也很少。随着夏季的到来和寻找创新解决方案来重新利用马尾藻的努力逐渐展开,这些基质是否对公共健康构成三重威胁?

佛罗里达大西洋大学的研究人员及其合作者对从加勒比海和北大西洋的萨尔加索海中收集的鳗鱼幼虫、塑料海洋垃圾、马尾藻和海水样本中分离出的16种弧菌菌株的基因组进行了全面测序。他们发现弧菌病原体具有“附着”于微塑料的独特能力,这些微生物可能正在适应塑料环境。

佛罗里达大西洋大学港湾分部海洋研究所和哈里特·L·威尔克斯荣誉学院的生物学助理教授Tracy Mincer博士是该研究的通讯主要作者,他表示:“塑料是一个新的元素,进入了海洋环境,只存在了大约50年。我们的实验室研究表明,这些弧菌非常具有攻击性,可以在几分钟内寻找并附着在塑料上。我们还发现,微生物用于附着在塑料上的附着因子与病原体使用的机制相同。”

这项发表在《水研究》杂志上的研究表明,开放海洋中的弧菌代表了一个迄今未描述的微生物群体,其中一些可能是潜在的新物种,它们具有病原和低营养获取基因的混合,反映了它们的洋流栖息地以及它们所定殖的基质和宿主。利用宏基因组组装(MAG)技术,这项研究是首次组装从塑料垃圾中获得的弧菌属基因组。

研究还强调了与霍乱和非霍乱细菌菌株密切相关的脊椎动物病原基因。菌株的表型测试确认了其快速生物膜形成、溶血和脂肪磷酸酶活性,与潜在的病原潜力一致。

研究人员还发现,首次在霍乱弧菌(Vibrio cholerae)中描述的连接带闭合紧密结合毒素(zot)基因,在他们发现的弧菌中是最高保留和选择的基因之一。这些弧菌似乎通过肠道进入,卡在肠道中并通过这种方式感染。

Mincer表示:“我们发现的另一个有趣之处是一组称为'zot'基因的基因,它会导致肠道渗漏综合征。例如,如果一条鱼吞下一块塑料并被这种弧菌感染,结果会导致肠道渗漏和腹泻,释放出氮和磷等废物营养物质,这可能刺激马尾藻的生长和周围其他生物的生长。”

研究结果显示,该环境中的某些弧菌菌株具有“杂食性”生活方式,同时针对植物和动物寄主,并具有在贫营养条件下存活的能力。随着人类与马尾藻和塑料海洋垃圾的互动增加,这些基质的相关微生物群落可能携带强大的机会性病原体。值得注意的是,一些基于培养的数据显示滨海的马尾藻似乎寄生了大量的弧菌细菌。

Mincer说:“我认为目前没有人真正考虑过这些微生物引起感染的能力。我们真的希望让公众意识到这些相关的风险。特别是,在更充分地探索这些风险之前,应谨慎对待马尾藻生物量的收获和加工。”

本研究的合著者来自荷兰皇家海洋研究所(NIOZ)、日本海洋科学技术机构(JAMSTEC)、慕尼黑路德维希-马克西米利安大学(Ludwig Maximilian University of Munich)、埃默里大学(Emory University)、阿姆斯特丹大学(University of Amsterdam)和海洋生物实验室(Marine Biological Laboratory)。


参考文献:

1. Tracy J. Mincer, Ryan P. Bos, Erik R. Zettler, Shiye Zhao, Alejandro A. Asbun, William D. Orsi, Vincent S. Guzzetta, Linda A. Amaral-Zettler. “Sargasso Sea Vibrio bacteria: underexplored potential pathovars in a perturbed habitat”. Water Research, 2023; 120033 DOI: 10.1016/j.watres.2023.120033

2. Florida Atlantic University. "Perfect 'pathogen' storm: Vibrio bacteria, Sargassum and plastic marine debris: Genomics study in Caribbean, Sargasso Seas represents first vibrio assembled from plastic debris." ScienceDaily. ScienceDaily, 18 May 2023. www.sciencedaily.com/releases/2023/05/230518120825.htm .

3. ‘Pathogen’ Storm: Vibrio Bacteria, Sargassum and Plastic Marine Debris
https://www.fau.edu/newsdesk/articles/perfect-pathogen-storm

编译:Wendy

审核:绿茵

编辑:Tommy

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