随着塑料制品广泛应用，塑料降解形成的纳米塑料因粒径小、稳定性强、易在食物链中富集，已成为威胁生态环境与人类健康的重要污染物。传统处理技术对纳米塑料的去除效率有限，亟需开发绿色、高效的生物修复策略。
近日，我校医学院苗苗教授团队联合中国科学院动物研究所赵方庆团队，在国际期刊《SCIENCE CHINA Life Sciences》发表了题为“Evolutionarily conserved mucus-mediated nanoplastic bioflocculation in Tetrahymena” 的研究成果，系统解析了淡水纤毛虫四膜虫应对纳米塑料胁迫的生物响应机制，发现一种进化上高度保守的钙离子依赖型粘液分泌通路，为水体纳米塑料治理提供了新思路。
图1 四膜虫生物粘液介导的纳米塑料生物絮凝机制
研究团队发现，嗜热四膜虫和澳大利亚四膜虫暴露于纳米塑料后，跨膜运输功能受到扰动，胞内钙离子浓度升高，进而诱导GRL基因家族表达上调，促进粘液大量合成和分泌。分泌的粘液能够高效捕获水体中的游离纳米塑料并沉降于底部。在四膜虫处理24小时后，表层水体中纳米塑料浓度降低41.6%—44.8%，沉积物中的纳米塑料富集量显著增加。与聚合氯化铝、聚丙烯酰胺等常见的商用絮凝剂相比，四膜虫粘液表现出更强的絮凝能力，5%体积分数的粘液在6小时内即可实现超过80%的纳米塑料去除率。
研究进一步发现，该机制能够减少纳米塑料随水汽蒸发进入大气，使其大气逃逸量下降近50%，说明原生生物活动可能显著影响纳米塑料在水体、沉积物和大气之间的迁移过程。
此外，团队完成了澳大利亚四膜虫近端粒到端粒水平的大核基因组组装，并结合比较基因组学、转录组学及功能实验发现，调控粘液合成与分泌的GRL基因家族在四膜虫类群中具有较高的进化保守性，表明该防御机制可能广泛存在于纤毛虫中。
图2 四膜虫是影响纳米塑料环境归趋的重要生物调控者
该研究揭示了“跨膜转运失调—钙信号激活—GRL基因上调—粘液分泌—纳米塑料絮凝沉降”的完整生物响应通路，拓展了对原生生物生态功能的认识。研究结果表明，纤毛虫并非纳米塑料的被动载体，而可能是影响其环境归趋的重要生物调控者，为建立更加准确的纳米塑料迁移与风险评估模型，以及开发低成本、绿色可持续的水环境生物修复技术提供了理论依据。
中国科学院大学医学院博士研究生卢旭琦、何文慧为共同第一作者，苗苗教授和赵方庆研究员为通讯作者，中国科学院杭州高等研究院博士后张冰对本研究亦有重要贡献。该工作得到国家自然科学基金、中国科学院基础与交叉前沿科研先导专项、国家重点研发计划的资助。
论文链接：https://www.sciengine.com/SCLS/doi/10.1007/s11427-025-3358-5
