莫測輝/向壘教授團(tuán)隊(duì)在Water Research發(fā)表研究成果｜全氟辛烷磺酸（PFOS）促進(jìn)抗生素抗性基因轉(zhuǎn)化遷移及抗生素/PFOS交叉抗性作用的新機(jī)制
暨南大學(xué)融媒體中心訊近日，一項(xiàng)由暨南大學(xué)莫測輝/向壘教授團(tuán)隊(duì)主導(dǎo)的研究在生態(tài)環(huán)境國際權(quán)威期刊Water Research上發(fā)表。該研究揭示了ompA基因介導(dǎo)PFOS促進(jìn)ARGs轉(zhuǎn)化及抗生素/PFOS交叉抗性的新機(jī)制，為認(rèn)識和評估全氟化合物（PFASs）與抗性基因的環(huán)境行為和生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)提供了新的見解。
全氟和多氟烷基物質(zhì)（PFASs）廣泛應(yīng)用于日常消費(fèi)和工業(yè)領(lǐng)域，是一類具有高表面活性和強(qiáng)化學(xué)穩(wěn)定性的全球性新型污染物，可在污染熱點(diǎn)區(qū)與抗性基因（ARGs）和宿主細(xì)菌間發(fā)生相互作用，致使PFASs污染與ARGs傳播同時(shí)成為威脅全球公共衛(wèi)生安全的重大隱患。然而，目前關(guān)于PFASs對ARGs遷移的影響及機(jī)制研究尚鮮見報(bào)道，尤其缺乏PFASs誘導(dǎo)抗生素/PFASs交叉抗性的影響及機(jī)制的研究。
該研究以攜帶pBR322質(zhì)粒的E.coli DH5α為模型進(jìn)行轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)PFOS主要通過非氧化脅迫的方式誘導(dǎo)激活外膜蛋白（OmpA）基因表達(dá)，增強(qiáng)受體菌細(xì)胞膜通透性，從而顯著促進(jìn)ARGs的轉(zhuǎn)化，且受體菌若先暴露于PFOS再進(jìn)行ARGs轉(zhuǎn)化，其轉(zhuǎn)化效率可增加7倍，這是目前發(fā)現(xiàn)全氟化合物對ARGs傳播影響最為顯著的記錄。受體菌基因的敲除實(shí)驗(yàn)表明，OmpA不僅是ARGs進(jìn)入細(xì)胞的主要通道，還是細(xì)胞吸收積累PFOS的關(guān)鍵膜通道蛋白之一（圖1），從而提出抗生素/PFOS形成交叉抗性的新機(jī)制（圖2）。
在該機(jī)制中，PFOS暴露顯著誘導(dǎo)ompA基因表達(dá)并促進(jìn)ARGs轉(zhuǎn)化；但當(dāng)ARGs被受體菌吸收形成轉(zhuǎn)化子后，又反過來抑制ompA基因及其編碼蛋白OmpA的活性，減少受體菌對PFOS的吸收積累和毒性響應(yīng)，從而形成抗生素/PFOS交叉抗性。這與以往共存污染物主要通過激活細(xì)胞外排泵形成的交叉抗性機(jī)制存在顯著差異。而且這一交叉抗性作用在分別針對全氟辛酸（PFOA）和六氟環(huán)氧丙烷二聚酸（GenX）與抗性基因的共存實(shí)驗(yàn)中也被發(fā)現(xiàn)，表明其在PFASs化合物中的普適性。
基于研究結(jié)果及保守性原則，提出了PFOS促進(jìn)ARGs轉(zhuǎn)化的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)閾值，并對全球水體中8523個(gè)監(jiān)測點(diǎn)的PFOS污染開展生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評估，發(fā)現(xiàn)有623個(gè)監(jiān)測點(diǎn)的PFOS具有中等以上生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，其中28個(gè)監(jiān)測點(diǎn)具有高生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，這些中高生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)主要分布在美國、加拿大、德國、法國、意大利、瑞典、西班牙、瑞士、中國、日本、韓國、馬來西亞、新加坡、加納、南非等國家。
暨南大學(xué)生命科學(xué)技術(shù)學(xué)院向壘教授和莫測輝教授為該文的共同通訊作者。趙慧博士生為論文第一作者。該研究獲得了國家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目（42030713）、廣東省自然科學(xué)基金杰出青年基金（2025B1515020043）等項(xiàng)目的資助。
圖1 PFOS不同濃度對受體菌株與轉(zhuǎn)化菌株數(shù)量變化及PFOS生物積累的影響（A）、PFOS對轉(zhuǎn)化子中ompA基因相對表達(dá)量和該基因敲除與未敲除受體菌株積累PFOS生物影響（B）、OmpA蛋白與PFOS的對接結(jié)果及該蛋白跨膜區(qū)預(yù)測（C）。
圖2 PFOS促進(jìn)ARGs轉(zhuǎn)化遷移及抗生素/PFOS交叉抗性的新機(jī)制
圖3 水體中PFOS誘導(dǎo)耐藥基因轉(zhuǎn)化遷移的全球生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。
責(zé)編：李偉苗