塑料，在现代生活中无处不在，从日常用品到工业材料，它的身影随处可见。然而，随着塑料的大量生产和随意丢弃，塑料污染已成为全球性的环境难题。那些漂浮在环境中的塑料碎片，为微生物提供了独特的生存空间，被称为“塑料圈”（plastisphere）。近年来，科学家们发现，塑料圈可不简单，它不仅是微生物的“聚居地”，还可能是病原菌和耐药菌的“温床”，而其中噬菌体与细菌的相互作用更是暗藏玄机。

研究人员收集了来自4种不同栖息地、2种塑料类型（可生物降解和不可生物降解塑料）的180个塑料圈和环境样本的宏基因组数据（样本来源及相关信息见图1a）。通过一系列复杂的生物信息学分析方法（详见材料与方法部分），他们获得了611个非冗余的宏基因组组装基因组（MAGs）和4061个非冗余的噬菌体重叠群。

图1

研究结果令人惊讶：塑料圈确实是病原菌和耐药菌的富集热点（相关数据见图1c、1e）。在180个宏基因组样本中，研究人员共获得1208个符合条件的微生物MAGs，经聚类后得到611个代表性MAGs。这些MAGs涵盖了29个不同的门，其中假单胞菌门、拟杆菌门和放线菌门占比较大。通过对毒力因子基因（VFGs）和抗生素抗性基因（ARGs）的注释发现，塑料圈中病原菌和携带ARGs的病原菌丰度显著高于环境样本。而且，可生物降解塑料生物膜上的抗生素抗性基因（ARGs）含量比不可生物降解塑料更高，这意味着可生物降解塑料在抗生素抗性传播方面可能存在更大风险（具体数据对比见图S3b）。

塑料圈中的噬菌体群落也有着独特之处（图2展示了噬菌体群落的分类组成和多样性）。与环境中的噬菌体群落相比，塑料圈噬菌体群落的多样性更低，且温和噬菌体的比例相对较高，这表明噬菌体与细菌之间的共生关系可能更强。在不同塑料类型上，噬菌体群落也存在差异。例如，有尾噬菌体目（Caudoviricetes）在可生物降解塑料生物膜样本中的相对丰度较高，而Polintoviricetes在不可生物降解塑料样本中更为丰富（图2b）。

图2

进一步研究发现，塑料圈中的噬菌体与细菌存在紧密的相互作用（噬菌体 – 宿主相互作用网络见图3）。通过预测噬菌体 – 宿主相互作用，研究人员发现塑料圈中的噬菌体感染宿主的范围更广，连接度和嵌套度更高，意味着噬菌体与宿主之间的联系更为紧密。而且，被塑料圈噬菌体感染的宿主中，病原菌、耐药菌和携带ARGs的病原菌比例更高，尤其是在可生物降解塑料表面。

图3

噬菌体携带的辅助代谢基因（AMGs）在这一过程中发挥了重要作用（图4展示了噬菌体编码的AMGs相关信息）。研究人员共鉴定出1147个高可信度的AMGs，这些基因参与了多种代谢过程，包括碳水化合物代谢、氨基酸代谢等。其中，与氨基酸代谢相关的AMGs在塑料圈中的丰度显著高于环境样本。此外，还有部分AMGs参与生物膜形成、群体感应和抗生素合成等过程，这有助于病原菌在塑料圈中更好地生存和竞争，间接增加了塑料圈的致病风险。更值得关注的是，一些AMGs被注释为ARGs，这些携带ARGs的噬菌体可能会将抗性传播给病原菌。

图4

噬菌体还参与了VFGs和ARGs的水平转移（水平转移相关分析见图5、图6）。通过构建系统发育树和分析基因转移事件，研究人员发现噬菌体可能从细菌中获取某些基因，并在不同细菌物种间传播这些基因，这进一步促进了病原菌和耐药菌在塑料圈中的扩散。

图5

图6

这项研究揭示了塑料圈中噬菌体与细菌相互作用的奥秘，让我们认识到塑料圈作为病原菌和耐药菌富集热点的潜在风险。它提醒我们，在评估塑料污染对环境和公众健康的影响时，不能忽视噬菌体的作用。未来，我们需要更深入地研究塑料圈微生物群落，寻找应对这一问题的有效策略，以保障生态环境和人类健康。

参考文献：

XIA R, YIN X, BALCAZAR J L, et al. Bacterium-Phage Symbiosis Facilitates the Enrichment of Bacterial Pathogens and Antibiotic-Resistant Bacteria in the Plastisphere [J]. Environmental Science & Technology, 2025, 59(6): 2948-60.