综述：微塑料和纳米塑料、宏基因组学与食物系统：迈向综合性的研究视角

《Current Opinion in Food Science》：Micro- and Nanoplastics, Metagenomics, and Food Systems: Toward an Integrated Perspective

微塑料和纳米塑料通过食物链进入人体，影响肠道菌群结构及功能，携带化学添加剂和耐药基因，需结合多组学、AI及可持续材料研究制定整合健康风险评估策略。

　　

威尔逊·J.F.莱莫斯·朱尼尔（Wilson J.F. Lemos Junior）| M.维多利亚·莫雷诺-阿里巴斯（M. Victoria Moreno-Arribas）

帕尔马大学兽医科学系，43126，帕尔马，意大利

微塑料和纳米塑料（MNPs）在食品系统中越来越普遍，从土壤和水产养殖到与食品接触的材料和加工产品，这引发了人们对它们对肠道微生物群影响的担忧。摄入已成为一种公认的暴露途径，因为在食品、人类粪便、血液和其他组织中都发现了这些颗粒。它们的微小尺寸、多样的化学成分以及携带添加剂和污染物的能力使它们能够与肠道上皮细胞和常驻微生物发生密切相互作用。多组学研究表明，微塑料和纳米塑料会改变微生物群落结构，增加耐压菌株的比例，干扰代谢途径，并可能成为抗生素抗性基因和移动元素的载体。肠道微生物群中也存在能够降解合成聚合物的酶，尽管其生理影响仍不清楚。食品基质、饮食以及与添加剂的共同暴露进一步调节了微塑料和纳米塑料的命运和生物利用度。本文综合了宏基因组学证据，强调了多组学、人工智能和先进模型如何为“同一健康”（One Health）导向的风险评估提供信息，并指导更安全、更可持续的食品系统的发展。

引言

微塑料和纳米塑料（MNPs）已成为全球生态系统中普遍存在的污染物，通过多种途径进入人类食物链，包括农业土壤和水源、与食品接触的材料以及加工产品。微塑料（MPs）通常被定义为尺寸≤5毫米的塑料颗粒，而纳米塑料（NPs）一般指尺寸在亚微米范围内的颗粒（通常<1微米），需要注意的是，由于方法学限制，不同研究中的下限尺寸可能有所不同。由于其微小的尺寸和多样的化学组成，微塑料和纳米塑料能够与生物系统发生密切相互作用；然而，它们对食品安全、营养和健康的影响仍知之甚少。目前的评估表明，摄入和吸入都是人类接触微塑料的重要途径，而且有多项报告指出在多种食品类别中都发现了微塑料[1]。微塑料存在于主要的食物类别中，包括海鲜、水果、蔬菜、乳制品、饮料、肉类和加工食品，这凸显了它们在现代饮食中的普遍性[2]。食品行业是全球最大的塑料使用者之一，涉及食品接触包装、加工设备以及农业应用，如地膜、灌溉系统和青贮膜。根据联合国粮农组织的最新评估[3]，用于食品生产的农业塑料（包括地膜、灌溉系统和青贮膜）中，有很大一部分是由低成本、通常是一次性使用的材料制成的，这些材料特别容易泄漏到环境中并分解成微塑料和纳米塑料。一旦释放，这些颗粒本身就成了污染物，因为它们的微小尺寸、大的表面积和持久性使它们能够与生物系统发生直接的物理和毒性相互作用，包括细胞摄取、组织积累、氧化应激和炎症反应。同时，它们还可能作为化学添加剂的载体，如邻苯二甲酸盐、双酚类似物以及全氟和多氟烷基物质（PFAS），同时也是微生物定植的基质。这些综合特性共同作用，会扰乱营养循环，改变宿主与病原体的相互作用，并影响微生物的适应性和进化，最终影响人类通过食物接触这些污染物的途径[4]。

新的证据表明，微塑料和纳米塑料可以调节肠道微生物群的组成和功能，还会改变免疫信号传导和肠道完整性[5]。宏基因组学对于揭示这些机制至关重要，它揭示了微塑料如何重塑微生物生态系统、促进水平基因转移以及干扰代谢途径[6, 7]。然而，现有的数据仍然零散，且主要来自短期、高剂量模型，无法反映现实世界的饮食暴露情况。弥合这一差距需要将微生物组科学与从初级生产到消费的食品系统动态结合起来，以了解塑料污染如何影响营养质量、微生物生态和健康结果。

与此同时，材料科学和生物技术领域正在出现变革性的解决方案。向循环经济转型需要可扩展的替代品，以尽量减少对生态系统的污染，同时确保食品系统的功能性和安全性。然而，并非所有生物塑料都能真正带来环境效益，因为它们的可持续性取决于原料来源、生物降解性和生命周期管理。将这些发展与微生物组和暴露组学的见解结合起来，对于设计既可持续又生物安全的食品系统至关重要。

本文综合了将微塑料和纳米塑料、微生物组和食品系统联系起来的新兴证据，强调了宏基因组学的应用，指出了关键的研究空白和方法学瓶颈，并概述了在塑料污染时代建立一个整合食品科学、微生物生态学和人类健康的“同一健康”框架的机会。

部分内容摘录

食品系统中的微塑料和纳米塑料：从暴露途径到生物界面

微塑料和纳米塑料与食品系统的相互作用远不止是简单地存在于食品中。它们不仅仅是惰性污染物，而是通过吸附的生物分子和营养物质（如蛋白质、脂质和微生物）获得生物化学特性的动态颗粒，形成了一个“生物冠层”，从而影响它们的传输、细胞摄取以及与肠道生态系统的相互作用[8]。然而，聚合物与饮食化合物的联合影响仍不完全清楚[9]

宏基因组学对微塑料-微生物群相互作用的洞察

宏基因组学已成为理解微塑料如何重塑环境、农业和宿主相关环境中的微生物生态系统的重要工具。除了分类学分析外，宏基因组学方法还揭示了微塑料作为生态调节因子的作用，选择性地富集耐压菌株，激活抗性基因，并影响与宿主免疫和代谢相关的代谢网络[30, 31]。这些反应在某种程度上与观察到的微生物适应性变化相平行

微塑料宏基因组学研究中的方法学和分析挑战

从复杂的生物和食品基质中获取代表性样本仍然是一个主要障碍。微塑料的浓度很低，分布不均且嵌入在有机物中，从粪便、肠道内容物或食品产品中分离它们技术上非常困难。传统的分离和消化方法可能会损害颗粒的完整性和微生物DNA的质量，引入偏差，从而扭曲微生物谱型。空气中的微塑料和实验室制备的微塑料

结论与展望

微塑料和纳米塑料现已成为现代食品系统不可或缺的组成部分，应被视为具有生物活性的复合暴露物，而不仅仅是被动污染物。来自环境、农业和宿主相关背景的证据表明，它们的物理化学性质、不断演变的生物冠层以及相关的化学和微生物负载可以调节肠道微生物群的结构和功能，可能对营养代谢、屏障完整性和免疫信号传导产生影响

参考文献和推荐阅读

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资助

我们实验室正在进行的工作部分得到了西班牙科学和创新部（PID2023-148419OB-100）、马德里自治区（项目编号2025-T1/BIO 36296）以及欧盟“地平线2020”计划（项目协议编号965367，PlasticsFatE）的支持。作者感谢CSIC跨学科主题平台可持续塑料走向循环经济（PTI+ SusPlast）的支持。

利益冲突声明

作者声明没有利益冲突