Insights of metallic nanoparticles and ions in accelerating the bacterial uptake of antibiotic resistance genes

纳米材料 细胞外 纳米颗粒 纳米技术 抗生素耐药性 基因 人类健康 抗生素 化学 材料科学 生物物理学 微生物学 生物 生物化学 医学 环境卫生
作者
Shuai Zhang,Ji Lu,Yue Wang,Willy Verstraete,Zhiguo Yuan,Jianhua Guo
出处
期刊:Journal of Hazardous Materials [Elsevier]
卷期号:421: 126728-126728 被引量:50
标识
DOI:10.1016/j.jhazmat.2021.126728
摘要

The increasing release of nanomaterials has attracted significant concerns for human and environmental health. Similarly, the dissemination of antimicrobial resistance (AMR) is a global health crisis affecting approximately 700,000 people a year. However, a knowledge gap persists between the spread of AMR and nanomaterials. This study aims to fill this gap by investigating whether and how nanomaterials could directly facilitate the dissemination of AMR through horizontal gene transfer. Our results show that commonly-used nanoparticles (NPs) (Ag, CuO and ZnO NPs) and their ion forms (Ag+, Cu2+ and Zn2+) at realistic concentrations within aquatic environments can significantly promote the transformation of extracellular antibiotic resistance genes in Acinetobacter baylyi ADP1 by a factor of 11.0-folds, which is comparable to the effects of antibiotics. The enhanced transformation by Ag NPs/Ag+ and CuO NPs/Cu2+ was primarily associated with the overproduction of reactive oxygen species and cell membrane damage. ZnO NPs/Zn2+ might increase the natural transformation rate by stimulating the stress response and ATP synthesis. All tested NPs/ions resulted in upregulating the competence and SOS response-associated genes. These findings highlight a new concern that nanomaterials can speed up the spread of AMR, which should not be ignored when assessing the holistic risk of nanomaterials.
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