肠道微生物与环境健康关系的研究进展与展望

尽管肠道微生物群落在调节宿主多种生理功能的稳态以及抵抗环境污染物的毒性等方面至关重要,但是其在环境健康上的作用直到近几年才引起关注.本综述主要概述了环境污染物对肠道微生物的作用导致的健康效应的最新研究进展.发展迅速的高通量测序平台与合成生态学方法有助于快速确定肠道微生物组成,结合信息化综合分析方法可进一步探明肠道微生物...     

典型环境污染物对肠道菌群的影响及机制研究进展

随着环境污染日益严重,国内外有关环境污染物导致健康风险的毒性机制研究已引起广泛关注.然而,环境污染物对机体肠道菌群结构、功能的改变及其对毒性效应的调控作用研究尚处起步阶段.本综述在归纳近年来国内外人体及模式生物的肠道菌群研究进展的基础上,重点阐述了以重金属污染物、微纳米颗粒污染物、持久性有机污染物以及抗生素为代表的典型...     

重金属影响中枢神经系统的微生物-肠-脑轴途径

人类生产活动排放出的过量重金属直接危害人体健康.目前,有关重金属诱导中枢神经系统疾病发生的研究受到越来越多的关注,经胃肠道吸收是重金属进入人体的主要途径之一,而肠道作为人体内最大的微生态系统,对维持神经系统的正常功能具有重要的生物作用.本文对表征肠道微生物多样性改变的测序方法,以及环境中广泛存在的重金属锰(Mn)、铅(Pb)、镉(Cd)、砷(As)通过影响微生物-肠-脑轴造成神经系统疾病的潜在机制进行总结,并对重金属等污染物基于肠道微生物引发神经系统疾病的预防和治疗进行展望.     

肠道微生物受环境污染的影响及其对宿主疾病的调控作用

宿主肠道内存在的大量微生物与其健康状况直接相关,这些微生物是人和动物健康成长不可或缺的。肠道微生物通过多种途径调节人体生理功能的同时也受到人体内外环境的影响。因此,分析建立肠道微生物、相关疾病的产生原因和作用机制以及环境影响因子之间的联系具有重要意义。本文首先针对肠道微生物对人体的物质与能量代谢、先天和获得性免疫、胃肠道功能等方面的影响进行综述。然后重点分析了近年来有关肠道微生物对环境污染所致健康效应的影响及作用机制的研究进展。以期加深肠道微生物与人类健康之间相互作用机理的理解,并为环境毒理学与肠道微生物之间关系的研究提供新的思路。     

肠道微生物群和水生毒理学: 环境健康的新概念

高通量测序技术极大地方便了深度考察不同种群中宿主相关微生物群的组成和功能。研究表明微生物在动物包括人类的健康和疾病发病中扮演着必要的角色。微生物已成为环境毒理学中新兴的重要研究主题。这是因为微生物在免疫系统中起着重要的交互的作用,同时在化学解毒中也有作用。污染物扰动肠道微生物,引起胃肠组织的病理生理变化,导致一系列系统效应,致使营养摄入变差和肠道发炎。本文检索了关于环境污染物对水生物种微生物影响的文献,重点关注了肠道微生物。我们强调了脊柱动物宿主中的一些已知的肠道上皮细胞的主要蛋白,这些均是化合物破坏的靶标,这些蛋白可以与微生物直接对话。我们提出了一个有害结局路径(adverse outcome pathway)的总体框架,将肠道生态失调作为有害效应终点事件的主要贡献因子。我们展示了两个案例研究,分别是(1)纳米材料;(2)碳氢化合物,我们参考了Deepwater Horizon港口的石油泄漏事件, 生态失调在案例中展示了微生物的考察如何改善有害结局的研究。最后,我们提出了一些策略以建立化合物诱导的肠道生态失调与有害结局的关联。我们通过实验建立了特定微生物与肠道生态失调的关联。对毒物与微生物关系的深入研究将成为改善动物及人类健康的重大突破。 精选自Ondrej Adamovsky, Amanda N. Buerger, Alexis M. Wormington, Naomi Ector, Robert J. Griffitt, Joseph H. Bisesi Jr., Christopher J. Martyniuk. The gut microbiome and aquatic toxicology: An emerging concept for environmental health. Environmental Toxicology and Chemistry,2018,37:2758-2775.
详情请见 https://doi.org/10.1002/etc.4249
     

白蚁肠道微生物多样性和作用研究进展

白蚁在热带森林系统碳循环和氮循环中起重要作用.白蚁肠道中的微生物包括原生生物、细菌、古菌和真菌,帮助白蚁消化食物.本文主要概括近年来白蚁肠道微生物多样性研究方面的新进展,介绍白蚁肠道微生物的组成和作用.白蚁种类繁多,根据其后肠内是否含有原生生物,分为低等白蚁和高等白蚁两大类群.不同白蚁食性不同,其肠道微生物的组成也不同.白蚁肠道微生物对于宿主具有重要的作用,帮助宿主分解木质纤维素,发酵产生乙酸、甲烷和氢气(中间产物),除此之外,在热带以土壤为食白蚁的腐殖质矿化作用有助于氮循环.白蚁与微生物的共生关系是目前较受关注的研究热点,不仅有助于人们了解白蚁共生菌群落间的互作及其与宿主间的关系,而且可能为工业生产纤维素乙醇提供潜在的方法.分离鉴定方法和高通量测序技术的发展将有助于进一步深入了解白蚁肠道微生物的结构组成和功能.     

基因工程菌在石油污染修复中的研究进展与前景

构建基因工程菌（genetically engineered microorganisms,GEMs）是石油污染生物修复的重要发展方向.目前,通过基因编辑、过表达和定向进化等手段改造微生物的石油污染物降解和调控途径,可以提高微生物的环境适应能力和污染物降解能力,用于石油污染物的生物降解和监测.本文概述了石油污染物降解基因工程菌的主要构建策略,包括选择和改造宿主菌、改造与优化石油污染物关键酶和代谢通路、开发微生物全细胞传感器和构建基因工程菌的自毁程序.此外,基因工程菌也可用于石油污染的酶修复、微生物菌群修复和细菌-植物联合修复.随着系统生物学和合成生物学在降解微生物中的应用,基因工程菌在石油污染修复中展现出良好的研究和应用前景.     

基于高通量测序技术研究成年大熊猫肠道菌群

选取6只成年健康大熊猫(Ailuropoda melanoleuca)、1只成年亚健康大熊猫,基于高通量测序技术,测定其肠道内细菌及真菌组成,研究性别和健康状况对成年大熊猫肠道微生物的影响,分析不同年龄段大熊猫肠道菌群的差异.结果表明,在门水平,成年大熊猫肠道内细菌主要为Proteobacteria和Firmicutes,真菌主要为Ascomycota和Basidiomycota.在属水平,成年大熊猫肠道细菌为Escherichia、Streptococcus、Clostridium及Leuconostoc,真菌为Humicola.雌性和雄性大熊猫肠道菌群没有显著性差异(P0.05),健康大熊猫肠道细菌Esherichia、Clostridium(53.33%、1.10%)的含量比亚健康大熊猫(2.48%、0.00%)高,Streptococcus(22.88%)的含量比亚健康大熊猫(48.15%)低,健康大熊猫肠道真菌的多样性高于亚健康大熊猫.与文献比较发现,大熊猫肠道内菌群多样性为成年老年亚成体,随年龄增长,成年时Streptococcus(22.88%)、Leuconostoc(2.97%)和Clostridium(1.10%)的含量升高,Shigella(6.25%)和Citrobater(2.50%)的含量降低,老年时Weissella(16.67%)的含量升高,Leuconostoc(2.97%)和Clostridium(1.10%)的含量降低.本研究结果表明身体健康状况和年龄对大熊猫肠道微生物菌群结构组成有影响,成年大熊猫性别对肠道菌群没有影响.     

药品和个人护理品(PPCPs)在土壤中的迁移转化和毒性效应研究进展

药品和个人护理品(PPCPs)是一类新型有机污染物,随着生产和使用量的大量增加,越来越多的PPCPs进入土壤,对土壤生态环境和人体健康构成潜在威胁。文章根据现有研究,综述了国内外有关PPCPs在土壤中的吸附、生物降解、迁移、挥发等环境行为的研究进展,并分别评述了PPCPs对土壤生物(包括微生物、动物、植物)和人体的生态毒性效应。有关研究表明,PPCPs主要吸附于高有机质的土壤表层,低有机质亚表层土壤中PPCPs具有极高的迁移潜力;生物降解是PPCPs从土壤中去除的主要途径,受化合物自身结构和土壤理化特性的影响。高浓度PPCPs会对土壤生物(包括土壤微生物、动物和植物)产生急性生理生化甚至遗传毒性效应,最终可通过饮食危害人体健康,而PPCPs残留在土壤中的环境浓度通常较低,对土壤生物及人类极易造成慢性毒性损伤。目前有关土壤环境中PPCPs污染的研究尚处于初级阶段,今后可在真实土壤环境中痕量PPCPs的调查分析、迁移转化规律、生态健康风险及其代谢产物的行为和毒性等方面加强研究,以期为土壤环境中PPCPs生态风险的准确评估提供理论依据。     

生物炭固定化微生物技术在去除水中污染物的应用研究进展

许多研究致力于固定化微生物技术在去除水环境中污染物方面的应用。生物炭具有高的比表面积、大的孔隙率、低成本和来源广等优势,生物炭与固定化微生物技术结合在处理水中污染物方面具有很大的应用潜力。因此,了解生物炭固定化微生物对水中污染物去除的作用机制对于其在环境修复和废水利用中的应用至关重要。文章综述了微生物固定化方法、载体的选择、生物炭作为载体材料在固定化微生物技术中的优势及应用以及生物炭固定化微生物在去除水中不同种污染物的应用及其作用机制。同时,还探讨了初始污染物浓度、pH、温度、接触时间和颗粒投加量等对生物炭固定化微生物对去除水中污染物的影响,并分析这些环境因素对微生物生长、生物炭特性以及污染物去除效果的影响。当前研究表明:生物炭相比于其他固定化载体而言更加适宜微生物的生长,生物炭固定化微生物去除污染物的主要作用机制是吸附和生物降解的协同作用,以及生物炭对微生物具有保护及快速定殖作用。另外,过高的初始浓度、过高或过低的pH和温度都会影响微生物的活性而不利于污染物的去除。生物炭固定化微生物颗粒对污染物的去除能力随着时间和颗粒投加量的增加而提高。此外,文章分析了生物炭固定化微生物技术在水环境应用中存在的问题,可为未来相关领域的研究提供参考。     

固定化微生物技术在大气恶臭污染物处理中应用研究进展

恶臭污染物（Odor pollutants）是指一切刺激嗅觉器官引起人们不愉快感觉以及损害生活环境的恶臭气味物质的统称。文章首先简要地介绍了大气中恶臭污染物的来源、分类以及危害等,指出大气恶臭污染物的主要来源主要包括农牧业来源、工业生产过程来源和城市垃圾处理恶臭污染来源等;其次,文章对能够处理大气恶臭污染物的反应器类型及其应用现状进行了系统的总结,提出能够应用于大气恶臭污染物处理的固定化微生物技术主要包括生物过滤池、生物滴滤塔和生物膜反应器等;同时着重综述了处理大气中恶臭污染物的影响因素,如底物、微生物、填料、微生物固定化方法、pH值和温度等因素对大气中恶臭污染物净化效率的影响,并且对固定化微生物技术生物转化与生物降解恶臭污染物的微观机理进行了一定的归纳与总结;最后还对固定化微生物技术在处理恶臭污染物方面的应用和未来发展趋势进行了展望,指出如果要真正实现固定化微生物技术在大气恶臭污染物处理中的工业化应用,今后还需要加强以下几个方面的研究工作：优势微生物菌剂的培育、固定化载体的开发与改良、固定微生物反应器的构建与优化和固定化微生物技术与其它单元技术的联用等。     

不同地区成体大熊猫肠道微生物结构差异性及其与纤维素消化能力的相关性

肠道微生物对大熊猫的消化吸收和代谢免疫具有重要的意义.为了解上海、四川两地成体大熊猫肠道微生物结构的差异及其与消化纤维素能力的关系,对两地大熊猫肠道微生物多样性、纤维素酶活性以及两地环境差异、食物性质等进行分析,并对成体大熊猫肠道微生物性质与纤维素酶活性进行相关性分析.结果表明,上海成体大熊猫肠道菌群结构较四川成体大熊猫更加丰富,两地成体大熊猫肠道优势菌和特异性菌有较大差异.上海成体大熊猫具有更高的纤维素消化能力,这可能得益于其肠道中具有更丰富的细菌多样性和较丰富的芽孢杆菌属(Bacillus)及山野壳菌科未知菌属(Unclassified_f_Montagnulaceae).两地成体大熊猫肠道微生物多样性及消化纤维素能力的差异,可能是由食物性质、海拔等外在环境因素导致的.总体而言,不同地区成体大熊猫肠道微生物结构差异明显,且对大熊猫肠道的消化能力具有一定的影响.(图3表7参37)     

土壤中微塑料的来源与其生态毒理效应研究进展

微塑料作为一种新兴的污染物，近年来由于其对环境的污染逐渐加剧而受到了学者的广泛关注.当前对微塑料的研究多集中于水环境中，而对土壤环境中微塑料的研究相对较少，由于其难以降解，会长期存在于土壤环境中，进而对土壤理化性质和物质循环、动植物以及微生物等造成严重的毒理效应.本文评述了土壤中微塑料的来源与其生态毒理效应，土壤中微塑料的来源主要有农用塑料薄膜的广泛使用、农业灌溉用水、污泥堆肥及施用、垃圾填埋和大气沉降.进而阐述了微塑料由于自身的颗粒效应、所含添加剂以及吸附土壤中其它污染物产生的复合污染，对土壤生态环境造成显著的毒理效应.微塑料进入土壤环境后会影响土壤的理化性质和物质循环，使土壤结构发生改变、土壤透气性和酶活性降低.还会影响土壤动植物生长发育以及微生物群落结构，使土壤动物产生肠道损伤、免疫反应、神经毒性、繁殖率降低，死亡率增加以及肠道内微生物群落结构改变等；影响植物种子发芽率、含水量、生殖过程、光合色素、酶活性以及植物生物量和外在特征等；改变微生物原有的群落结构，抑制微生物活性、降低微生物多样性，并使其繁殖发育受到影响.最后，在总结了国内外对微塑料生态毒理效应研究的基础上，对今后的研究...     

农田土壤微塑料污染及其对植物的影响研究进展

微塑料(microplastics, MPs)是一种新型环境污染物,不仅危害海洋生态系统,也广泛存在于陆地生态系统,可以通过土壤进入植物体,进而危害人类健康。该文系统综述了农田环境中MPs的研究进展及未来方向。详细介绍了国内外土壤中MPs的形态、来源、积累过程及MPs对土壤结构和功能的影响;重点阐述了MPs对生物、植物的生态影响以及MPs和金属镉复合污染对植物的影响;并展望了农田环境中的MPs研究的未来方向及重点,以期为全面了解农田中MPs研究现状及未来研究提供信息和科学指导。     

机器学习在抗生素的鉴定识别、微生物作用机制以及去除效果评估中的应用研究进展

抗生素在医疗卫生、养殖业等领域的广泛应用导致其随着医疗废弃物、废水等进入到自然环境并对人体健康和生态环境造成不利影响,而系统分析环境中残留抗生素的种类、明确其与微生物的作用机制以及开展不同处理方法的效果分析,对于准确评估抗生素的风险和控制其不利影响具有重要意义.作为一种辅助手段,机器学习算法在大量数据解析的基础上可进行结果评估和预测,因此可高效、低成本分析环境污染物的行为特征.基于此,本文综述了机器学习算法在抗生素鉴定识别、微生物作用机制和去除效果评估预测方面的应用现状,并概括了不同算法的应用特点和局限性.鉴于机器学习当前在抗生素研究中的重要作用,为其未来研究方向和发展提出展望,如在其它新兴污染物的环境行为、效应及控制等方面的应用.     

抗生素及其抗性基因在环境中的污染、降解和去除研究进展

随着抗生素及其抗菌产品的广泛应用,自然和人工环境中的抗生素残留带来的危害引起人们关注.本文基于最新文献,综述了国内外抗生素及其抗性基因的污染水平和来源、它们之间的关系和传播机理以及这类污染物的降解和去除技术.现有研究表明,抗生素及其抗性基因的污染已遍布水、土壤、大气等介质,而在以污水处理厂和固废填埋场为代表的人工环境中,其污染水平更高.抗生素残留诱导产生抗性基因,其在环境中传播扩散与水平基因转移(Horizontal Gene Transfer,HGT)和微生物群落结构组成有关.抗生素和抗性基因在环境中自然降解过程受基质类型、光照、温度和微生物种群等因素的影响,其中光照是影响其降解的重要因子;而在人工处理系统中,紫外消毒和生化降解对抗生素及其抗性基因有较好的去除效果,但并非全部有效.建议今后加强对特定环境中抗生素和抗生素抗性基因的扩散规律和高效降解去除等方面的机理和工艺研究,进而有效控制其环境含量,降低其污染水平.     

原油对荒漠土微生物活性的影响

正石油进入土壤后改变了土壤质地,使原有土壤微生物群落、区系和土壤酶活性受到了不同程度的影响.目前,对干旱区原油污染和土壤微生物之间的关系,研究工作涉及较少.本文选取干旱胁迫环境中的荒漠土为研究对象,研究了原油对荒漠土中微生物活性的影响.研究结果对于评价干旱区石油污染对土壤生态环境的影响,揭示荒漠土土壤微生物对石油污染物的响应规律具有重要意义.     

微塑料对农田土壤理化性质、土壤微生物群落结构与功能的影响

微塑料作为一种新污染物普遍存在于各类环境介质中,土壤环境中的微塑料污染已受到全球的广泛关注。该研究围绕农田土壤中微塑料污染这一主题,在总结分析国内外最新研究进展的基础上,综述了微塑料对农田土壤理化性质、土壤微生物生物量以及微生物群落结构与功能的影响。通过农业活动等途径进入农田土壤的微塑料会在非生物和生物作用下发生风化和降解,并对土壤理化性质、养分循环和污染物相互作用产生影响,进而影响微生物生物量、微生物群落结构与多样性、土壤酶活性,以及碳、氮循环和污染物降解等土壤生物地球化学过程,且微塑料对上述指标的影响与微塑料自身性质、土壤类型和暴露条件等多种因素有关。最后,对未来土壤微塑料的研究方向做了展望,以期为后续研究提供参考和思路。     

微生物介导的硝酸盐还原耦合亚铁氧化成矿研究进展

铁氧化微生物驱动的亚铁氧化过程是铁循环的重要组成部分。在中性厌氧环境中,硝酸盐还原亚铁氧化微生物可通过还原硝酸盐耦合氧化亚铁的过程影响污染物的降解及重金属的迁移转化等,对环境保护具有重要意义。文章主要综述了近年来有关硝酸盐还原亚铁氧化微生物驱动的不同形态亚铁氧化的成矿过程,成矿机制及其对微生物和环境的影响等。在亚铁氧化成矿的过程中,有机配体态和固态亚铁的氧化成矿主要发生在细胞表面,而小分子的无机溶解态亚铁还可继续进入细胞周质甚至细胞内膜氧化成矿。不同的培养条件(如缓冲液)和微生物种类也会影响成矿过程的反应速率从而影响矿物的结晶度。根据成矿的氧化剂不同,将成矿机制分为硝酸盐还原产物亚硝酸盐与亚铁反应的化学成矿机制与微生物利用铁氧化酶直接氧化亚铁的生物成矿机制。此外,硝酸盐还原耦合亚铁氧化成矿过程中所产生的细胞表面结壳现象,影响了不同微生物的新陈代谢过程,甚至会导致细胞死亡。而对于环境中的污染物,成矿过程可吸附和共沉淀多种重金属,从而降低重金属的污染,为治理环境污染提供了新思路。文章还分别对如何进行成矿过程的微观机制及其贡献的评估研究,以及如何更有效地利用成矿过程于环境污染治理中等问题进行了讨论和展望。     

微塑料与农药污染的联合毒性作用研究进展

近海环境中的微塑料污染问题已成为全球性的环境问题,引起了世界范围内的广泛关注。微塑料不仅能够对生物造成物理损伤,而且塑料中的添加剂如邻苯二甲酸酯、双酚A、多溴二苯醚等也会随着塑料的风化而浸出进入环境,对生物产生毒害,同时,微塑料还能吸附海洋环境中的其他污染物,从而对生物产生联合毒性作用。本文综述了微塑料与持久性有机污染物的联合作用,结果表明聚苯乙烯微塑料能够吸附海水中的持久性有机污染物如多环芳烃、多氯联苯、有机氯农药滴滴涕,从而可能导致这些污染物在海洋生物组织中富集,对人类健康存在直接或间接危害。最后本文在总结前人研究的基础上,对未来微塑料与农药污染联合毒性作用的研究方向做了简要分析和展望。