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加快打造原始創(chuàng)新策源地，加快突破關(guān)鍵核心技術(shù)，努力搶占科技制高點(diǎn)，為把我國(guó)建設(shè)成為世界科技強(qiáng)國(guó)作出新的更大的貢獻(xiàn)。

——習(xí)近平總書(shū)記在致中國(guó)科學(xué)院建院70周年賀信中作出的“兩加快一努力”重要指示要求

面向世界科技前沿、面向經(jīng)濟(jì)主戰(zhàn)場(chǎng)、面向國(guó)家重大需求、面向人民生命健康，率先實(shí)現(xiàn)科學(xué)技術(shù)跨越發(fā)展，率先建成國(guó)家創(chuàng)新人才高地，率先建成國(guó)家高水平科技智庫(kù)，率先建設(shè)國(guó)際一流科研機(jī)構(gòu)。

——中國(guó)科學(xué)院辦院方針

首頁(yè) > 科研進(jìn)展

聚乳酸微塑料作為碳源進(jìn)入體內(nèi)碳循環(huán)研究獲進(jìn)展

2025-05-07 國(guó)家納米科學(xué)中心

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語(yǔ)音播報(bào)

近日，中國(guó)科學(xué)院院士、國(guó)家納米科學(xué)中心研究員陳春英團(tuán)隊(duì)在聚乳酸微塑料作為碳源進(jìn)入體內(nèi)碳循環(huán)研究方面取得進(jìn)展。

微塑料污染是嚴(yán)重的生態(tài)環(huán)境問(wèn)題，也是影響人體健康的重要風(fēng)險(xiǎn)因素。目前，聚乳酸（PLA）已在食品包裝領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)規(guī)?；瘧?yīng)用。PLA的脆性特質(zhì)使其更易生成微塑料顆粒。這些顆粒能夠入侵機(jī)體腸道系統(tǒng)，并在菌群-宿主界面觸發(fā)未知的生物轉(zhuǎn)化過(guò)程，影響其最終命運(yùn)。因此，解析PLA微塑料（PLA-MPs）在機(jī)體內(nèi)的轉(zhuǎn)化圖譜對(duì)評(píng)估其安全性至關(guān)重要。

該團(tuán)隊(duì)聚焦PLA-MPs的體內(nèi)轉(zhuǎn)化展開(kāi)系統(tǒng)研究?？臻g功能分析發(fā)現(xiàn)，結(jié)腸微生物是PLA-MPs降解的核心功能單元，其分泌的特異性酯酶FrsA通過(guò)α/β水解結(jié)構(gòu)域精準(zhǔn)識(shí)別并切割PLA酯鍵，實(shí)現(xiàn)對(duì)PLA-MPs的高效降解。進(jìn)一步，團(tuán)隊(duì)通過(guò)多組學(xué)分析，發(fā)現(xiàn)微生物組成和FrsA蛋白表達(dá)的相關(guān)性，結(jié)合菌群-蛋白互作網(wǎng)絡(luò)與單菌功能驗(yàn)證，證實(shí)鼷鼠螺桿菌與居腸巴恩斯氏菌主導(dǎo)PLA-MPs的腸道降解進(jìn)程，為靶向調(diào)控塑料生物轉(zhuǎn)化提供了關(guān)鍵靶點(diǎn)。

在闡明降解機(jī)制的基礎(chǔ)上，該團(tuán)隊(duì)構(gòu)建穩(wěn)定同位素¹³C標(biāo)記與代謝流示蹤聯(lián)用技術(shù)，突破內(nèi)源代謝物-外源顆粒衍生物信號(hào)解耦的方法學(xué)瓶頸，揭示PLA微塑料可作為碳源進(jìn)入腸道微生物及腸上皮的雙重“碳循環(huán)”，并通過(guò)碳循環(huán)路徑整合至微生物-宿主共代謝網(wǎng)絡(luò)。在微生物層面，¹³C標(biāo)記的PLA-MPs經(jīng)乳酸、天冬氨酸等中間體進(jìn)入嘌呤代謝軸，驅(qū)動(dòng)腸道特征代謝物尿酸的生物合成；在腸上皮層面，¹³C-PLA-MPs通過(guò)琥珀酸代謝樞紐參與氨基酸及核苷酸前體的合成代謝。PLA-MPs進(jìn)入腸道碳循環(huán)的過(guò)程最終引發(fā)腸道內(nèi)源代謝重編程，其通過(guò)降低短鏈脂肪酸生成、擾亂能量代謝穩(wěn)態(tài)及碳通量再分配，導(dǎo)致宿主攝食行為抑制與體重下降。

該研究通過(guò)穩(wěn)定同位素示蹤-代謝流分析-宏基因組/蛋白質(zhì)組-理論模擬多維度方法學(xué)整合，實(shí)現(xiàn)了從PLA微塑料降解分子機(jī)制（源頭）、碳循環(huán)網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)（過(guò)程）到代謝表型調(diào)控（終端）的全鏈條解析，繪制出生物可降解微塑料在哺乳動(dòng)物體內(nèi)的動(dòng)態(tài)生物轉(zhuǎn)化圖譜。同時(shí)，這一研究對(duì)評(píng)估可降解材料或生物醫(yī)用材料的生物安全性具有重要價(jià)值，為理解外源顆粒對(duì)機(jī)體生命過(guò)程的影響提供了數(shù)據(jù)支持。

相關(guān)研究成果以Incorporation of?polylactic acid microplastics into the carbon cycle as carbon source to remodel the endogenous metabolism of the gut為題，發(fā)表在《美國(guó)國(guó)家科學(xué)院院刊》（PNAS）上。研究工作得到國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金、中國(guó)科學(xué)院青年創(chuàng)新促進(jìn)會(huì)會(huì)員項(xiàng)目等的支持。

論文鏈接

PLA微塑料作為碳源進(jìn)入腸道微生物和腸上皮的雙重“碳循環(huán)”?

近日，中國(guó)科學(xué)院院士、國(guó)家納米科學(xué)中心研究員陳春英團(tuán)隊(duì)在聚乳酸微塑料作為碳源進(jìn)入體內(nèi)碳循環(huán)研究方面取得進(jìn)展。微塑料污染是嚴(yán)重的生態(tài)環(huán)境問(wèn)題，也是影響人體健康的重要風(fēng)險(xiǎn)因素。目前，聚乳酸（PLA）已在食品包裝領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)規(guī)?；瘧?yīng)用。PLA的脆性特質(zhì)使其更易生成微塑料顆粒。這些顆粒能夠入侵機(jī)體腸道系統(tǒng)，并在菌群-宿主界面觸發(fā)未知的生物轉(zhuǎn)化過(guò)程，影響其最終命運(yùn)。因此，解析PLA微塑料（PLA-MPs）在機(jī)體內(nèi)的轉(zhuǎn)化圖譜對(duì)評(píng)估其安全性至關(guān)重要。該團(tuán)隊(duì)聚焦PLA-MPs的體內(nèi)轉(zhuǎn)化展開(kāi)系統(tǒng)研究?？臻g功能分析發(fā)現(xiàn)，結(jié)腸微生物是PLA-MPs降解的核心功能單元，其分泌的特異性酯酶FrsA通過(guò)α/β水解結(jié)構(gòu)域精準(zhǔn)識(shí)別并切割PLA酯鍵，實(shí)現(xiàn)對(duì)PLA-MPs的高效降解。進(jìn)一步，團(tuán)隊(duì)通過(guò)多組學(xué)分析，發(fā)現(xiàn)微生物組成和FrsA蛋白表達(dá)的相關(guān)性，結(jié)合菌群-蛋白互作網(wǎng)絡(luò)與單菌功能驗(yàn)證，證實(shí)鼷鼠螺桿菌與居腸巴恩斯氏菌主導(dǎo)PLA-MPs的腸道降解進(jìn)程，為靶向調(diào)控塑料生物轉(zhuǎn)化提供了關(guān)鍵靶點(diǎn)。在闡明降解機(jī)制的基礎(chǔ)上，該團(tuán)隊(duì)構(gòu)建穩(wěn)定同位素13C標(biāo)記與代謝流示蹤聯(lián)用技術(shù)，突破內(nèi)源代謝物-外源顆粒衍生物信號(hào)解耦的方法學(xué)瓶頸，揭示PLA微塑料可作為碳源進(jìn)入腸道微生物及腸上皮的雙重“碳循環(huán)”，并通過(guò)碳循環(huán)路徑整合至微生物-宿主共代謝網(wǎng)絡(luò)。在微生物層面，13C標(biāo)記的PLA-MPs經(jīng)乳酸、天冬氨酸等中間體進(jìn)入嘌呤代謝軸，驅(qū)動(dòng)腸道特征代謝物尿酸的生物合成；在腸上皮層面，13C-PLA-MPs通過(guò)琥珀酸代謝樞紐參與氨基酸及核苷酸前體的合成代謝。PLA-MPs進(jìn)入腸道碳循環(huán)的過(guò)程最終引發(fā)腸道內(nèi)源代謝重編程，其通過(guò)降低短鏈脂肪酸生成、擾亂能量代謝穩(wěn)態(tài)及碳通量再分配，導(dǎo)致宿主攝食行為抑制與體重下降。該研究通過(guò)穩(wěn)定同位素示蹤-代謝流分析-宏基因組/蛋白質(zhì)組-理論模擬多維度方法學(xué)整合，實(shí)現(xiàn)了從PLA微塑料降解分子機(jī)制（源頭）、碳循環(huán)網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)（過(guò)程）到代謝表型調(diào)控（終端）的全鏈條解析，繪制出生物可降解微塑料在哺乳動(dòng)物體內(nèi)的動(dòng)態(tài)生物轉(zhuǎn)化圖譜。同時(shí)，這一研究對(duì)評(píng)估可降解材料或生物醫(yī)用材料的生物安全性具有重要價(jià)值，為理解外源顆粒對(duì)機(jī)體生命過(guò)程的影響提供了數(shù)據(jù)支持。相關(guān)研究成果以Incorporation of?polylactic acid microplastics into the carbon cycle as carbon source to remodel the endogenous metabolism of the gut為題，發(fā)表在《美國(guó)國(guó)家科學(xué)院院刊》（PNAS）上。研究工作得到國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金、中國(guó)科學(xué)院青年創(chuàng)新促進(jìn)會(huì)會(huì)員項(xiàng)目等的支持。論文鏈接PLA微塑料作為碳源進(jìn)入腸道微生物和腸上皮的雙重“碳循環(huán)”?

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