张忠教授团队在氧化石墨烯/氨基化氧化石墨烯纳米材料对水体微生态影响方面取得新进展

近日，学校张忠教授团队于自然指数期刊、环境科学与生态学领域一区Top期刊《水研究》（Water Research）（影响因子：12.8）发表题为“Amino-functionalized graphene oxide affects bacteria–phage interactions in aquatic environments”的研究成果。该成果证实氨基化氧化石墨烯（AGO）释放到水体后，会破坏水生环境中细菌和噬菌体之间的平衡，并为细菌的生长创造一个有利环境，特别是在酸性水体中，为进一步了解水体酸化和AGO对水生生态系统的环境风险提供理论支撑。

AGO相比于普通的氧化石墨烯（GO）具有增强的正电性、更好的分散性、生物相容性等若干优势，这使得它在多个科研和工业领域中具有广泛的应用前景。然而，随着消费品中GO的生产和利用的增加，环境中大量氧化石墨烯材料在迁移和转化后的命运和潜在的生态毒理学效应引起了研究人员的广泛关注。

为此，张忠教授团队开拓了基于噬菌体/细菌的有害物质对水体微生态影响的研究体系，揭示了AGO对水生环境中细菌-噬菌体相互作用和水生微生物平衡的潜在影响。在这项工作中，团队采用生长抑制试验法评价AGO的抗菌活性，并系统探讨其抗菌机制及其对细菌-噬菌体相互作用的影响。此外，团队还进行了一项野外水体干预实验，关注由AGO暴露驱动的水生细菌群落的变化。

研究结果表明AGO可以破坏细菌细胞的完整性，有效抑制细菌生长；AGO释放到自然水源中将破坏细菌和噬菌体之间的生态平衡，这种破坏将导致细菌生长的增加并阻碍噬菌体侵染。此外，在不同的pH值下，AGO与水生细菌群落之间的相互作用也有所不同，AGO对酸性水体构成了更大的威胁。因此，团队推测由于AGO在酸性环境中的正电荷增强，其可能通过与水生微生物的相互作用构成不可预测的生态风险。此外，不利的微生态环境可能会增加疾病传播的机会，从而对人类健康构成威胁。因此，在水体酸化和石墨烯纳米材料污染日益严峻的趋势下，研究AGO对水生细菌群落的影响具有十分重要的意义。

图1氨基化氧化石墨烯 （AGO）影响细菌/噬菌体互作示意图

张忠团队在细菌/噬菌体互作方面取得系列进展。2023年，团队已在中科院环境科学与生态学领域一区Top期刊Science of The Total Environment上发表了“Graphene oxide affects bacteriophage infection of bacteria by promoting the formation of biofilms”文章，阐明了氧化石墨烯释放到水体后，可打破水体中细菌/噬菌体的平衡，向有利于细菌增殖的方向发展。

两项研究为石墨烯/氨基化氧化石墨烯纳米复合材料在水中的环境行为及相关的生态风险评估提供了新的视角。

图2 氧化石墨烯（GO）影响细菌/噬菌体互作示意图

本研究获国家自然科学基金（81572028，81871686，82303763），山东省医药卫生科技发展计划项目（202202050562）等共同资助。