近日，我校環境學院鮑建國課題組在環境領域頂級期刊《Water Research》上發表了題為“Comprehensive metagenomic and enzyme activity analysis reveals the inhibitory effects and potential toxic mechanism of tetracycline on denitrification in groundwater”的研究論文。中國地質大學（武漢）為該論文唯一單位，鮑建國教授為通訊作者，博士研究生張怡為第一作者。
地下水經常被使用于工業和農業灌溉，也是飲用水的重要來源之一。反硝化作用是淺層地下水脫氮的主要機制，在地下水硝酸鹽污染日益嚴重的趨勢下，反硝化作用對地下水健康的重要性不言而喻，一旦受到干擾會直接導致地下水質量下降，存在極大的安全隱患。因此，反硝化作用的正常進行對地下水氮循環過程和生態系統穩定有著重要意義。地下水反硝化作用主要由微生物驅動，任何干擾微生物的因素都可能影響反硝化作用的正常進行。由于四環素（TC）具有強烈的抑菌效果，可通過影響微生物間接干擾反硝化作用，對地下水環境健康造成威脅。該研究采用宏基因組學技術和酶活分析相結合的手段，從蛋白質和基因水平同時揭示四環素對地下水反硝化作用的影響及其機制。研究發現四環素可以顯著抑制地下水反硝化作用，導致硝酸鹽和亞硝酸鹽在地下水中積累。
圖1 四環素對地下水反硝化作用影響概念圖
通過對地下水微生物群落分析發現，四環素顯著抑制微生物生長及其活性。反硝化菌Pseudomonas在四環素脅迫下相對豐度顯著降低。進一步分析群落功能發現，四環素對輔因子與氨基酸代謝（metabolism of cofactors and vitamins）、核苷酸代謝（nucleotide metabolism）、能量代謝（energy metabolism）、信號傳導（signal transduction）等通路有抑制效果，進而導致反硝化效率的降低。同時，研究發現四環素抑制微生物的碳源代謝、電子傳遞系統活性和反硝化酶活性，導致反硝化相關代謝中的電子產生、傳遞和消耗過程效率均受抑制，反硝化效率降低。
宏基因組學數據顯示四環素對反硝化相關代謝過程關鍵基因的復制有抑制效果，包括三羧酸循環中生成ATP和電子供體的功能基因、電子傳遞系統相關基因、反硝化功能基因。
圖2 四環素對反硝化相關代謝過程基因的影響
該研究認為四環素對反硝化作用的抑制導致硝酸鹽和亞硝酸鹽在地下水中積累，嚴重影響地下水環境健康。該研究系統且深刻地揭示了四環素對地下水反硝化作用的影響及機理，有助于全面了解抗生素的環境危害，對評估地下水抗生素污染風險具有重要理論價值和現實意義。
上述研究得到了國家自然科學基金（No. 42077312）的資助。
論文信息：
標題：Comprehensive metagenomic and enzyme activity analysis reveals the inhibitory effects and potential toxic mechanism of tetracycline on denitrification in groundwater.
作者：Yi Zhang, Jianguo Bao*, Jiangkun Du, Qidi Mao, Benai Cheng
原文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.watres.2023.120803
鄂公網安備 42011102004169號
