微塑料是指尺寸小于5毫米的塑料颗粒、纤维或碎片，其来源于商业产品（如化妆品、牙膏、乳液）中添加的塑料颗粒（初级微塑料）或环境中的大塑料分解（次级微塑料）。环境微塑料污染最先在海洋生态系统中被发现，现在几乎存在于所有我们能够想象到的环境介质中，包括空气、土壤、自然水体、沉积物、野生动物甚至人类体内。微塑料能对生物体造成胃肠道堵塞、炎症、氧化应激、行为扰动、生长抑制甚至死亡等一系列的毒理学效应，因此受到越来越多的关注。

微生物在环境中无处不在，并且具有与环境微塑料相似甚至更小的尺寸（微米级）因此与微塑料的相互作用关系比高级生物（如水生鱼类等）更加密切和复杂。但是，到目前为止，微塑料与微生物的相互作用关系，以及与之相关的环境和人体健康风险还没有得到充分的重视。

微塑料对微生物的双重作用

微塑料能够为微生物的生长提供栖息场所和必要的基质（如碳源）。微塑料通常具有较大的比较面积和粗糙的表面，有利于生物膜的形成。生物膜中的藻类、细菌和真菌等微生物形成一个互惠共生系统，被称为“塑料际”。微塑料释放的有机物中含有可供细菌使用的可同化有机碳，相较于天然有机碳更容易被细菌利用。此外，塑料际为微生物提供保护场所，以抵御各种不利因素，如极端温度和pH、抗生素和杀菌剂等。另一方面，微塑料对微生物也存在有害作用，例如通过物理相互作用导致微生物的细胞壁损伤，表面的自由基引起氧化应激，释放的添加剂等化学物质对微生物产生毒性。对于藻类生物，微塑料会抑制其光合作用，促进微囊藻素的产生，抑制藻类的生长。对于细菌，微塑料可能促进细胞内活性氧、增加DNA损伤和突变，减少细胞生存和增殖。在群落水平上，大量的实验室和野外调查研究均表明微塑料能够改变环境中的微生物组成和生态功能，例如微塑料能够改变污水处理厂和自然环境中微生物的氮固定和甲烷代谢功能。

微塑料与病原体

微塑料表面的微生物群落往往与周围环境的微生物群落组成不同，并且与微塑料的类型有关，这表明微塑料对定殖在其表面的微生物具有选择性。值得关注的是，微塑料表面的生物膜包含很多动物和人的病原体，对动物和人构成潜在的风险。在污水处理厂的污水中往往有高丰度的微塑料，其表面频繁地检测出不动杆菌（Acinetobacter）、假单胞菌（Pseudomonas）和克雷伯氏菌（Klebsiella）等致病性物种。在经过污水处理后，微塑料表面的相关病原体可能发生显著变化，如一些病原菌减少而其它潜在的病原菌则被富集，这说明污水处理过程能够改变微塑料表面的致病菌组成。在污水处理厂释放出来后，微塑料表面的病原菌最终到达地表水，进入食物链。有研究表明，海洋微塑料表面的弧菌（vibrio spp）具有比周围海水和沉积物环境中更高的丰度。该菌属包含很多致病性物种，跟大多数海产品传播的人类疾病有着密切关系。对水生生物和人类有潜在致病性的气单胞菌（Amermonas）和弧菌（Arcobacter）也常在环境微塑料中被检测出来，例如在北亚得里亚海收集而来的微塑料中沙门氏鱼的致病菌——沙门氏菌单胞菌。尽管许多证据表明微塑料上有一系列的致病菌，但是它们的致病性和毒性潜力仍鲜为人知。最近一项研究表明联合暴露于微塑料会减少斑马鱼因嗜水气单胞菌（Aeromonas hydrophila）感染而导致的死亡率，表明微塑料通过吸附水体中的致病菌对斑马鱼产生保护作用。因此，微塑料相关病原体能多大程度上对动物和人类产生威胁仍有待确定。

微塑料与耐药细菌和耐药基因

从污水处理厂、水、沉积物、土壤和空气等环境介质中收集的微塑料通常富含多种抗生素耐药细菌和耐药基因。与病原体一样，微塑料表面的耐药细菌和耐药基因要比周围环境和无机基质（例如金属和陶瓷）中的丰度更高。微塑料对耐药细菌的特异性选择可能有利于微塑料表面的耐药细菌和耐药基因的富集。更重要的是，生物膜上的微生物非常致密，加强了细菌间的通信，从而促进抗性基因的水平转移。这种现象最近在塑料际中被证实，塑料际中的抗性基因转移频率高于浮游细菌。此外，与浮游细菌相比，生物膜上面的微生物基因突变频率更高。微塑料表面有许多自由基（如单线态氧、羟基、烷基自由基等），其中一些已经被证实具有环境持久性。自由基能诱导微生物产生氧化应激，损伤细菌细胞内的大分子（特别是DNA），从而增加活性氧介导的耐药突变。除了微塑料本身，吸附在微塑料表面的化学污染物，比如金属和抗生素，也是导致塑料际中抗生素耐药性升高的原因。这些污染物在其环境浓度能够促进抗性基因水平转移并提高细菌的抗性突变。考虑到环境中的微塑料通常携带多种化学污染物，评价微塑料与有机污染物复合暴露对微生物耐药性的影响，有助于全面了解环境中微塑料的生态和健康效应。

对肠道微生物的影响

生物摄入的微塑料主要在肠道中积累，引起肠道组损伤和炎症，破坏肠道微生物的稳态。肠道微生物因对宿主健康的重要作用以及对外源暴露的高度敏感性而成为毒理学研究的热点。微塑料对肠道微生物的影响已经在多种水生和陆生物种中得到证实。通常来说，各种聚合物类型、大小和性状的微塑料都有可能导致肠道微生物群落结构变化，从而影响其正常的生理功能。同时，微塑料对肠道微生物同样具有选择性，例如，生物排泄的微塑料表面的微生物群落组成和生物肠道内的微生物结构具有显著的差异。此外，在体外肠道模拟实验中，已证实了微塑料可能导致人体肠道微生物紊乱。微塑料能够通过多种途径进入人体，如饮食摄入、皮肤接触和呼吸等，因此需要特别关注微塑料对肠道微生物的影响及与之相关的人体健康风险。

研究局限与展望

目前对微塑料和微生物之间相互作用的研究，大都使用商品化的微塑料进行试验。这些微塑料与环境中微塑料有许多不同，包括化学组成、添加剂、尺寸、形状和表面粗糙程度。未来的研究需要考虑采用更具环境相关性的微塑料开展微塑料与微生物之间的相互作用的研究。此外，尽管对微塑料的毒理学效应进行了大量研究，但对其生物毒性仍有很大争议。未来的研究需要进一步阐述微塑料毒性的机制，验证其毒性是否来源于颗粒本身、化学添加剂或是其吸附的其它污染物。

原文地址：Ding Q, Yu J, Wang D*, You J. Mutual effects of microplastics and microbes: Tiny things have big impacts. Future Microbiology, 2023, 159-162.

https://doi.org/10.2217/fmb-2022-0237