2月4日發(fā)表在《細胞宿主與微生物》(Cell Host&Microbe)雜志上的一項研究發(fā)現(xiàn)，暴露于廣泛使用的農(nóng)藥at去津可導(dǎo)致黃蜂腸道微生物的遺傳變化。另外，改變的微生物組賦予阿特拉津抗性，其在不暴露于農(nóng)藥的連續(xù)世代中遺傳。

哈佛大學(xué)資深研究作者羅伯特·布魯克說：“單次接觸某些化學(xué)物質(zhì)(異種生物)后，腸道微生物組可能會受到永久性影響。”“即使消除了暴露風(fēng)險，暴露也可能對子孫后代產(chǎn)生持久的影響。”

用于給農(nóng)作物施肥和控制害蟲物種的農(nóng)用化學(xué)品對許多生物構(gòu)成最大的異源生物暴露風(fēng)險之一。除草劑at去津是全球銷量第二大的農(nóng)藥。先前的研究表明，at去津?qū)λ拗鲃游锞哂卸喾N作用，但對于環(huán)境異源化學(xué)物質(zhì)如何改變腸道微生物組知之甚少。

為了解決這個問題，布魯克和他的團隊研究了急性或持續(xù)亞毒性at去津暴露對36代模型黃蜂物種Nasonia vitripennis的影響。對黃蜂的轉(zhuǎn)錄組和蛋白質(zhì)組進行分析后發(fā)現(xiàn)，暴露于十億分之300(ppb)的at去津-與傳粉媒介在新噴灑的農(nóng)業(yè)田地和溪流中所遇到的濃度相似-可能會改變弧菌的免疫力，線粒體功能和行為。

在第一代中，暴露于300 ppb的阿特拉津會改變黃蜂的細菌群落結(jié)構(gòu)，從而導(dǎo)致微生物組多樣性和總體細菌負荷增加。即使暴露于較低濃度的30 ppb阿特拉津，也會導(dǎo)致微生物組轉(zhuǎn)移，并在以后的世代中持續(xù)存在。

當(dāng)研究人員將暴露于阿特拉津的種群的后代改換為非阿特拉津飲食六代后，他們發(fā)現(xiàn)細菌微生物組與父母的微生物組最為相似。布魯克說：“這一結(jié)果表明，即使暴露去除后，對阿特拉津的急性暴露后，對微生物組的破壞也是世代相傳的。”

另外，盡管沒有事先暴露于該化合物中，但經(jīng)過36代暴露于30 ppb的阿特拉津后，阿特拉津誘導(dǎo)的死亡率降低了十倍，并且還提高了對除草劑草甘膦的耐受性。25代后，黃蜂種群的一部分被轉(zhuǎn)換為非阿特拉津飲食。值得注意的是，阿特拉津的耐受性一直持續(xù)到第36代。

其他實驗表明，黃蜂對阿特拉津的耐受性增加與其微生物組的改變有關(guān)。例如，將黃蜂保持在無菌環(huán)境中可消除阿特拉津的耐受性。另一方面，將暴露于阿特拉津的黃蜂的微生物組移植到未暴露的黃蜂中可賦予阿特拉津抗性。

“總的來說，我們證明了暴露于亞毒性濃度的人群中可能對多種農(nóng)藥產(chǎn)生抗藥性，微生物組促進了這種抗藥性，并且它提供了對宿主動物從未接觸過的其他農(nóng)藥的抗性，布魯克說。

尤其是，暴露于阿特拉津會增加稀有腸道細菌粘質(zhì)沙雷氏菌和假單胞菌蛋白質(zhì)的密度。將這些降解阿特拉津的細菌飼喂到尚未暴露于阿特拉津的黃蜂中會導(dǎo)致對該農(nóng)藥的抗性。

布魯克博士說：“連續(xù)暴露于at去津后，微生物群落的變化可能通過排毒為宿主提供抗藥性，這代表了宿主生態(tài)適應(yīng)的快速途徑，以應(yīng)對新的毒性挑戰(zhàn)。”農(nóng)藥暴露會導(dǎo)致微生物組功能性遺傳性變化，在評估異源生物暴露時應(yīng)考慮這些變化，并將其作為潛在的毒性對策。

綜上所述，研究結(jié)果表明，azine去津暴露可以改變黃蜂的微生物群落，進而直接影響幾代人的宿主健康。即使Nasonia黃蜂不是天然農(nóng)作物授粉者，該研究也可能具有廣泛的意義。自1950年代以來，傳粉媒介的野生種群就接觸了阿特拉津，相當(dāng)于數(shù)十代人。值得注意的是，細菌阿特拉津代謝基因也存在于暴露于該農(nóng)藥的野蜂種群中。

“這些結(jié)果可能反映了與野生蜜蜂種群中異種生物暴露相關(guān)的微生物宿主相關(guān)變化，這與我們在納索尼亞描述的相似，并考慮了數(shù)十年的習(xí)慣性暴露，傳粉媒介種群中的適應(yīng)性可能已經(jīng)發(fā)生。”布魯克說。最終，這些影響可能會對宿主的行為，代謝應(yīng)激，免疫能力和宿主菌群調(diào)節(jié)產(chǎn)生影響。”

在以后的研究中，布魯克和他的團隊計劃檢查選擇了哪些基因座，以及它們?nèi)绾闻c毒素抗性或微生物組調(diào)控有關(guān)。他們還計劃利用他們的發(fā)現(xiàn)為蜜蜂開發(fā)益生菌，以減少多種農(nóng)藥的暴露風(fēng)險。

“我們可以利用對宿主-微生物組相互作用的了解來降低所有農(nóng)藥的暴露風(fēng)險，例如，通過使用細菌清除溢出物或作為高危人群或脫靶植物和動物的益生菌，” Brucker說。“需要進一步研究多代人接觸異種生物化合物的宿主微生物組，特別是考慮到異種生物接觸全球人類，植物，動物，真菌和細菌的風(fēng)險增加。”