Photoaging of biodegradable nanoplastics regulates their toxicity to aquatic insects (Chironomus kiinensis) by impairing gut and disrupting intestinal microbiota

光老化 毒性 化学 肠道菌群 聚乳酸 氧化应激 食品科学 皮肤老化 生物物理学 生物化学 生物 皮肤病科 医学 遗传学 有机化学 聚合物
作者
Jie Zhang,Xinghui Xia,Wei Huang,Yang Li,Xiaohan Lin,Yao Li,Zhifeng Yang
出处
期刊:Environment International [Elsevier]
卷期号:185: 108483-108483 被引量:3
标识
DOI:10.1016/j.envint.2024.108483
摘要

Biodegradable plastic, a widely used ecofriendly alternative to conventional plastic, easily form nanoplastics (NPs) upon environmental weathering. However, the effects and underlying mechanisms governing the toxicity of photoaged biodegradable NPs to aquatic insects are not understood. In this study, we investigated the photoaging of polylactic acid nanoplastics (PLA-NPs, a typical biodegradable plastic) that were placed under xenon arc lamp for 50 days and 100 days and compared the toxicity of virgin and photoaged PLA-NPs to Chironomus kiinensis (a dominant aquatic insect). The results showed that photoaged PLA-NPs significantly decreased the body weight, body length and emergence rate of C. kiinensis. Additionally, photoaged PLA-NPs induced more severe gut oxidative stress, histological damage, and inflammatory responses than virgin PLA-NPs. Furthermore, the alpha diversity of gut microbiota was lower in photoaged PLA-NPs group than virgin PLA-NPs. The relative abundance of key gut bacteria related to intestinal barrier defense, immunity, and nutrient absorption was reduced more significantly in photoaged PLA-NPs group than virgin PLA, indirectly leading to stronger gut damage and growth reduction. A stronger impact of photoaged PLA-NPs on the gut and its microbiota occurred because photoaging reduced the size of NPs from 255.5 nm (virgin PLA) to 217.1 nm (PLA-50) and 182.5 nm (PLA-100), induced surface oxidation and enhancement of oxidative potential, and improved the stability of NPs, thereby exacerbating toxicity on the gut and its microbiota. This study provides insights into the effects of biodegradable NPs on aquatic insects and highlights the importance of considering biodegradable nanoplastic aging in risk assessments.
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