微生物生長曲線監測系統研究海洋環境中塑料上真菌群落的定植和生物降解潛力
研究背景：自1950年以來，全球塑料產量呈現指數增長模式，目前達到每年約3.91億噸(Mt)。塑料是一種用途廣泛的材料，因其眾多屬性而備受推崇，包括阻力、耐用性、延展性和成本效益。然而它們的廣泛利用導致產生大量未經管理的廢物。過去十年，棲息在海洋塑料碎片上的微生物群落（即“塑料圈”）引起廣泛關注。這些微生物群落與周圍海水中的群落不同，具有獨特的多樣性和組成。估計與MPD相關的微生物生物膜中有1000至15，000噸微生物，但考慮到上層海洋中微塑料數量，這一數字可能被低估。研究揭示了塑料材料浸入海洋環境后快速、組織良好且動態的定殖過程。盡管大多數研究集中在細菌成分上，對微真核生物特別是真菌群落的探索有限。觀察表明地理位置和環境因素對真菌定殖的影響比塑料聚合物成分更顯著。聚合物成分通常不會顯著影響群落組成。浸泡時間對真菌定殖有顯著影響。真菌群落中，子囊菌占主導地位，其他真菌門（如擔子菌門、壺菌門等）也有檢測。盡管有超過400種微生物能夠降解塑料聚合物，但其降解常用聚合物（如PP、PS和PVC）的能力尚存疑。286種細菌和150種真菌顯示出降解塑料的潛力，主要包括變形菌門、放線菌門和子囊菌門等。14種細菌和一種真菌（Talaromyces variabilis）已被報道能降解PS。最近研究表明，幾種真菌顯示出降解PS的能力，但效果有限。本研究旨在填補多時間點PS浸泡和收集的知識空白，特別是比較傳統PS和可生物降解替代品在布雷斯特碼頭的真菌定殖潛力和動態。通過高通量18S rRNA基因擴增子測序和培養方法，研究不同聚合物上真菌群落的組成、結構及其利用塑料作為碳源的能力，旨在闡明真菌定殖的差異及其影響因素，并確定真菌群落組裝的控制機制。
丹麥Biosense微生物生長動態監測系統（oCelloScope?）的應用
oCelloScope被用于觀察和分析真菌在不同塑料補充條件下培養時的微觀結構。oCelloScope能夠生成每個培養孔的顯微圖像，這使得研究人員可以直觀地觀察到真菌在塑料補充條件下的生長情況。這種圖像分析與激光nephelometry結合使用，提供了關于真菌生長潛力的定量和定性數據。oCelloScope是一種數字延時顯微鏡技術，可掃描流體樣品，生成一系列圖像，使用oCelloScope系統進行時間推移顯微成像，掃描添加PVC的條件下從接種(D0)到生長14天(D14)的真菌生長情況。
實驗結論
為了解沉浸在海洋環境中的塑料上的真菌群落的定殖模式和生物降解潛力提供了重要的見解。在聚苯乙烯和可生物降解聚合物上觀察到的真菌物種多樣性，加上它們利用這些聚合物作為碳源的能力，強調了它們在各種塑料基質上定植的能力，以及真菌在減輕海洋生態系統塑料污染方面的潛在作用。這些發現強調需要進一步研究真菌生物降解機制及其在旨在應對塑料廢物全球挑戰的環境管理策略中的實際應用。此外，該研究還發現了某些能夠降解塑料的真菌物種。一些真菌物種的生物降解能力與分離它們的聚合物之間表現出一致性，而其他物種則表現出相反的模式。由于只鑒定出很少的分離株，結果可能表明，海洋塑料碎片上的真菌群落組裝是確定性過程（生態位理論）和隨機過程（中性理論）的混合，正如最近在真菌土壤塑料圈上所證明的那樣使用宏基因組數據。沒有從PSE-PI中分離出能夠利用聚合物作為碳源的物種，該聚合物在我們的元條形碼數據集中表現出最高的毒性和最低的真菌多樣性。一種能夠利用聚合物作為碳源的物種也被稱為機會性病原體（煙曲霉）。這種雙重作用強調了海洋生態系統內真菌相互作用的復雜性，并強調了在生物修復工作中利用這些生物體的潛在風險和益處。它強調在制定基于真菌的塑料廢物管理策略時必須仔細考慮生態影響和健康影響，需要更多地關注酶而不是微生物。
圖1、分離株C1589利用聚合物作為碳源的能力。(A)在培養皿上14天的生長情況（從左到右：陽性對照、PE、PS、PET、PHBV、PCL、PVC、陰性對照）。(B)使用激光濁度法獲得的生長曲線（x軸代表以天為單位的時間，y軸代表以百萬RNU（相對濁度單位）為單位的顆粒數。注意：y軸刻度根據聚合物補充條件的不同而不同。(C)使用oCelloScope對補充PE的條件下從接種(D0)到生長14天(D14)的真菌生長進行可視化。
圖2、分離株C1591利用聚合物作為碳源的能力。(A)在培養皿上14天的生長情況（從左到右：陽性對照、PE、PS、PET、PHBV、PCL、PVC、陰性對照）。(B)使用激光濁度法獲得的生長曲線（x軸代表以天為單位的時間，y軸代表以百萬RNU（相對濁度單位）為單位的顆粒數。注意：y軸刻度根據聚合物補充條件的不同而不同。(C)使用oCelloScope可視化添加PVC的條件下從接種(D0)到生長14天(D14)的真菌生長情況。
圖3、分離株C1666利用聚合物作為碳源的能力。(A)在培養皿上14天的生長情況（從左到右：陽性對照、PE、PS、PET、PHBV、PCL、PVC、陰性對照）。(B)使用激光濁度法獲得的生長曲線（x軸代表以天為單位的時間，y軸代表以百萬RNU（相對濁度單位）為單位的顆粒數。注意：y軸刻度根據聚合物補充條件的不同而不同。(C)使用oCelloScope對補充PS、PET和PCL的條件下從接種(D0)到生長14天(D14)的真菌生長進行可視化。
圖4：分離株C2218利用聚合物作為碳源的能力。(A)在培養皿上14天的生長情況（從左到右：陽性對照、PE、PS、PET、PHBV、PCL、PVC、陰性對照）。(B)使用激光濁度法獲得的生長曲線（x軸代表以天為單位的時間，y軸代表以百萬RNU（相對濁度單位）為單位的顆粒數。注意：y軸刻度根據聚合物補充條件的不同而不同。(C)使用oCelloScope對補充PHBV和PVC的條件下從接種(D0)到生長14天(D14)的真菌生長進行可視化。
圖5、分離株C2281利用聚合物作為碳源的能力。(A)在培養皿上15天的生長情況（從左到右：陽性對照、PE、PS、PET、PHBV、PCL、PVC、陰性對照）。(B)使用激光濁度法獲得的生長曲線（x軸代表以天為單位的時間，y軸代表以百萬RNU（相對濁度單位）為單位的顆粒數。注意：y軸刻度根據聚合物補充條件的不同而不同。(C)使用oCelloScope對補充PHBV的條件下從接種(D0)到生長15天(D15)的真菌生長進行可視化。
總結
本論文主要研究海洋環境中塑料上真菌群落的定植和生物降解潛力。研究團隊通過在法國布雷斯特港口的現場實驗，探索了不同塑料材料（包括傳統泡沫聚苯乙烯和可生物降解塑料）在海洋環境中浸泡不同時間后，真菌群落的定植動態和生物降解潛力。研究結果強調了真菌在塑料污染生物修復中的潛在作用，并指出了需要進一步探索的領域。海洋塑料污染是一個主要的環境威脅。在這種情況下，更好地了解能夠定植并可能降解這些污染物的微生物是很有意義的。本研究以布雷斯特碼頭（法國）為模型地點，探討了真菌群落在浸泡在碼頭環境中的泡沫聚苯乙烯和替代生物降解塑料上隨著時間的推移的定殖和生物降解潛力。該方法結合了高通量18S rRNA基因擴增子測序，以研究與周圍海水相比與塑料相關的真菌類群，以及依賴培養的方法來分離環境相關真菌，以進一步評估其利用聚合物作為碳源的能力。本研究中，oCelloScope被用于觀察和分析真菌在不同塑料補充條件下培養時的微觀結構。通過oCelloScope可以觀察到真菌在特定塑料補充條件下的菌絲網絡、孢子鏈和分生孢子等結構。這些微觀結構的觀察對于評估真菌利用塑料作為碳源的能力至關重要。元條形碼結果強調了與泡沫聚苯乙烯和可生物降解塑料相關的真菌群落的顯著多樣性，揭示了受聚合物類型和浸泡時間影響的動態定殖過程。值得注意的是，該研究表明某些真菌物種有利用聚合物作為碳源的潛力，強調需要進一步探索真菌生物降解潛力和機制。
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