饮用水中的微小塑料颗粒可能不仅仅是在污染环境。新研究表明，纳米塑料实际上能通过强化其在水系统内部形成的黏性生物膜，来帮助有害细菌生存。这些更强韧的生物膜对消毒剂的抗性增强，使其更难被清除，并可能增加公共卫生风险。
在发表于《水研究》的一项研究中，弗吉尼亚理工大学研究员廖静秋和一个国际团队发现，纳米塑料能与环境微生物相互作用，可能对人类健康造成间接风险，尤其是通过饮用水系统。
“更好地理解纳米塑料对人类健康的不利影响非常重要，这不仅是对人类本身的影响，还包括对环境的影响，这会间接影响人类健康，”土木与环境工程助理教授廖静秋说道。“纳米塑料可以帮助抗菌药物耐药病原体更好地生存，这可能对环境有害，并具有公共卫生影响。”
纳米塑料可能使水处理复杂化
研究人员报告称，暴露于纳米塑料的细菌可能对消毒剂产生更强的抵抗力。这可能会为旨在保障饮用水安全的水处理设施和管网带来严重问题。
“当纳米塑料与生物膜及其内部的细菌相互作用时，它们会增强生物膜，使其更能抵抗任何旨在保持水质清洁的措施，”廖静秋说道，她同时也是Fralin生命科学研究所全球变化中心的附属成员。
廖静秋是土木与环境工程助理教授。照片由弗吉尼亚理工大学Peter Means拍摄。
纳米塑料是微塑料的一个较小类别。它们的尺寸范围约为1到1000纳米，肉眼无法看见。在这项研究中，研究人员考察了这些颗粒如何影响饮用水系统内部生物膜的形成。
细菌生物膜如何形成
生物膜是附着在表面（包括水管内壁）的细菌群落。这些微生物在自身周围产生一种保护性物质，有助于保护菌群免受环境威胁。
生物膜并不总是有害的。在某些环境中，它们可以帮助去除不良物质。然而，在饮用水供水系统中，它们可能构成风险，因为其中包含的某些细菌可能致病。
噬菌体（即感染细菌的病毒）使这一问题变得更加复杂。在这项研究之前，科学家对于纳米塑料如何影响生物膜、细菌和这些病毒之间的关系知之甚少。
“我们特别感兴趣的主要过程是，在纳米塑料影响生物膜整体的过程中，细菌和噬菌体如何相互作用，”廖静秋说道，她同时也是Fralin生命科学研究所新发、人畜共患和虫媒病原体研究中心的附属成员。
研究微生物与抗生素耐药性
廖静秋专攻微生物生态学和宏基因组分析。她之前的工作探讨了土壤如何促进抗生素耐药性的传播。
她最近还通过工程学院的“重大资助计划”获得了“扩展奖学金奖”，以表彰其与发表于《自然-通讯》的论文相关的工作，该论文题为“确定性和随机过程在构建陆地生态系统土壤细菌生态型中的差异化作用”。
纳米塑料引发多种细菌反应
研究人员研究了由大肠杆菌和铜绿假单胞菌组成的生物膜。当生物膜暴露于纳米塑料时，细菌通过以下几种方式做出反应：
不同的细菌相互“对话”，并释放物质使生物膜变得更厚、更重、更具保护性。
前噬菌体（即将自身基因组（DNA）插入细菌宿主基因组的噬菌体）被激活。它们破坏所寄居的细菌细胞，同时产生大量新的病毒颗粒。
细菌利用DNA或RNA的成簇的规律间隔的短回文重复序列（CRISPR）靶向病毒，作为抗病毒防御系统的一部分，以此抵御前噬菌体。
纳米塑料接触生物膜时细菌三种反应的示意图。图片由廖静秋提供。
更强韧的生物膜可能威胁水系统
研究发现，暴露于纳米塑料增加了生物膜的物理强度，并使其对消毒剂更具抵抗力。
作者总结道：“生物膜机械强度的增加及其对消毒剂的抵抗力，凸显了水处理和供水系统面临的潜在挑战，因为纳米塑料可能增加某些水处理和供水系统表面难以根除的生物膜的形成。”
这些发现表明，纳米塑料可能使顽固的生物膜更容易在水处理和输送所使用的表面上生长，从而增加去除它们的难度。
需要更多研究
廖静秋表示，有必要进行更多研究，以确定驱动包含多种微生物物种的复杂生物膜反应的分子过程。
她还指出，颗粒尺寸可能起着重要作用。微塑料比纳米塑料大，可能以不同方式影响细菌和噬菌体之间的相互作用。
“总体而言，我们的发现为纳米塑料与细菌-噬菌体动力学之间的相互作用提供了新见解，突显了与水源性纳米塑料相关的微生物风险增加，”廖静秋说道。
参与该研究的其他研究人员包括：
- 王海波，副教授，中国科学院生态环境研究中心，中国北京
- 陈辉，副研究员，中国科学院生态环境研究中心，中国北京
- 阮楚金，博士后，环境微生物学，瑞士联邦水科学技术研究所，瑞士杜本多夫
- Cory Schwarz，博士后，土木与环境工程及莱斯大学WaTER研究所，莱斯大学，德克萨斯州
- 史宝友，教授，中国科学院生态环境研究中心，中国北京
- Pedro J.J. Alvarez，教授，土木与环境工程及莱斯大学WaTER研究所，莱斯大学，德克萨斯州
- 余平峰，博士后，浙江大学环境与资源学院，中国杭州