Mechanistic study and control of combined toxicity of nano/microplastics and chemicals toward microorganisms

纳米/微塑料与化学品对微生物联合毒性的机理研究与控制

基本信息

批准号：
21H01696
负责人：
新戸浩幸
金额：
$ 11.48万
依托单位：
Fukuoka University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

「微生物に対する微小プラスチックと合成界面活性剤の複合毒性効果」を「界面現象」として捉え、メカニズム究明を試みた。当該年度では、合成界面活性剤を用いずに、微生物として出芽酵母(真菌の1つ)および大腸菌(グラム陰性細菌の1つ)に、微小プラスチックとして粒子径100 nm程度の正帯電ポリスチレン(PS)粒子に限定して、実験を行った。異なる2種類の微生物に対する正帯電PS粒子の曝露環境として、水溶液中のNaCl濃度5～600 mMに設定した。得られた研究成果の概要を以下に述べる。出芽酵母の場合、NaCl濃度が低下するにつれて、酵母に対する粒子付着量は増加し、酵母の細胞膜健全性およびコロニー形成能力はともに低下した。すなわち、正帯電PS粒子曝露後の出芽酵母の「細胞膜健全性」および「コロニー形成能力」の低下度合は、「粒子付着量」に比例していた。なお、出芽酵母の大きさは、NaCl濃度の変化に対して一定のままであった。大腸菌に対して粒子を低濃度で曝露した場合、NaCl濃度が低下するにつれて、大腸菌に対する粒子付着量は増加し、細胞膜健全性は低下した。高濃度で粒子曝露した場合、粒子付着量はNaCl濃度の低下に対して単調増加するのではなく、M字型に変化し100 mM NaClにおいて極小となった。この原因は、大腸菌の大きさがNaCl濃度の低下に対して一定ではなく、V字型に変化し100 mM NaClにおいて極小となったためと考えられる。正帯電PS粒子曝露後の大腸菌の細胞膜健全性およびコロニー形成能力は、出芽酵母の場合と大きく異なり、NaCl濃度100 mM前後(50～150 mM NaCl)において、「粒子付着量」と「コロニー形成能力」の相互関係が逆転するという興味深い現象を見出した。

我们将“微塑料和合成表面活性剂对微生物的综合毒性作用”视为“界面现象”，并试图研究其机制。今年，我们没有使用合成表面活性剂，而是使用了酿酒酵母（一种真菌）和大肠杆菌（一种革兰氏阴性菌）等微生物，以及带正电荷的聚苯乙烯（PS）等粒径较小的微塑料。大约 100 nm 的实验仅限于粒子。将水溶液中的 NaCl 浓度设定为 5 至 600 mM，作为带正电荷的 PS 颗粒对两种不同类型微生物的暴露环境。所获得的研究结果总结如下。就酿酒酵母而言，随着 NaCl 浓度降低，附着在酵母上的颗粒量增加，酵母的细胞膜完整性和菌落形成能力均下降。换言之，暴露于带正电的PS颗粒后，酿酒酵母的“细胞膜完整性”和“集落形成能力”的降低程度与“附着颗粒的量”成正比。请注意，酿酒酵母的大小随着 NaCl 浓度的变化而保持恒定。当大肠杆菌暴露于低浓度颗粒时，随着 NaCl 浓度降低，颗粒对大肠杆菌的粘附增加，细胞膜完整性降低。当暴露于高浓度颗粒时，附着颗粒的数量并没有随着 NaCl 浓度的降低而单调增加，而是呈 M 形变化，并在 100 mM NaCl 时达到最小值。其原因被认为是随着 NaCl 浓度的降低，大肠杆菌的大小并不恒定，而是呈 V 形变化，在 100 mM NaCl 时达到最小值。接触带正电荷的 PS 颗粒后，大肠杆菌的细胞膜健康状况和菌落形成能力与酿酒酵母显着不同。我们发现了一个有趣的现象，其中“和”之间的相互关系相反。