慢性暴露三氯卡班对斑马鱼(Danio rerio)肠道转录组效应及肠道菌群的影响

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三氯卡班(TCC)作为抗菌剂被广泛用于洗涤剂、化妆品、个人护肤品及其他药物中。TCC作为三氯生(TCS)的替代品,在水体及沉积物中具有较高检出率以及对水生生物具有生物毒性。因此,对TCC的生物毒性效应及预测无效应浓度(PNEC)进行研究有利于准确评估其水环境风险。同时,TCC暴露所引起的鱼类肠道毒性及肠道菌群紊乱尚未见报道。斑马鱼(Danio rerio)作为环境毒理研究中的模式生物,具有饲养成本低,繁殖容易且多产,全基因组序列已测定等优点。本研究首先推导出TCC的淡水水生生物水质预测无效应浓度(PNECwater)及沉积物预测无效应浓度(PNECsed),并以此基准为依据,以斑马鱼作为实验动物,研究了TCC对鱼类肠道的毒性效应及肠道菌群的影响,从而为鱼类健康养殖提供理论参考。本研究通过搜集TCC对淡水水生生物的慢性毒性数据,通过物种敏感度分布(SSD)法推导出TCC的PNECwater为0.045μg/L,PNECsed为24.13μg/kg(干重)。TCC生态风险评估结果表明,TCC在亚洲大部分水体中具有高风险,在中国河流沉积物中具有高风险,风险最高的是中国的石景河[风险商(HQ)为109.117]。三氯卡班(100和1000μg/L)对斑马鱼21天暴露后,通过对斑马鱼肠道组织转录组测序,获得较高的测序质量,9个样品Q30为93.45%~94.54%。转录组数据分析发现,TCC暴露具有浓度依赖模式的毒性效应,浓度越高,毒性效应越显著。高浓度组与对照组比较有1744个基因的表达发生显著差异,在COG、GO和KEGG数据库功能注释分别有815、1279和1152个基因所在信号通路发生显著差异。在KEGG中有142个信号通路受到显著影响,主要有细胞凋亡、细胞周期、Toll样受体信号通路、MAPK信号通路和Fox O信号通路发生显著上调。由此推测三氯卡班暴露会引起斑马鱼肠道发生细胞凋亡、细胞周期停滞,引发免疫应答,导致肠道炎症。三氯卡班慢性暴露后,通过微生物16S序列测序,对斑马鱼肠道内容物进行微生物多样性研究,发现高浓度的三氯卡班可以显著降低肠道微生物的多样性,改变肠道微生物的组成及结构。在分类的“门”水平上具有显著差异的菌群是Actinobacteria、Fusobacteria和Firmicutes;在分类的“属”水平上具有显著差异的菌群是Cetobacterium、Pseudorhodobacter和Rhodococcus等21个菌属。肠道菌群组成结构的显著变化反应了三氯卡班暴露对斑马鱼肠道的毒性影响。此外,基于以前文献报道,推测肠道微生物群落组成失衡可引起肠道发生系列疾病。综上所述,本研究发现三氯卡班暴露对斑马鱼肠道组织转录组和肠道微生物群落多样性产生重要影响,并存在浓度依赖模式。本研究结果可为进一步研究三氯卡班对斑马鱼肠道毒性机制提供参考依据。
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