转自：生物谷
中山大学李文均教授团队综述二甲双胍及其代谢中间体的全球分布、生物转化途径和强化生物降解策略
二甲双胍(Metformin)是治疗2型糖尿病的常用药物，已上市并在临床使用超过60年。由于广泛使用，二甲双胍及其生物转化物脒基脲(Guanylurea)在水生态系统中的浓度正在增加。同时，由于它们在水环境中对水生生物产生一定的毒性作用，包括神经毒性、内分泌干扰等，引起了人们的关注。
微生物是最先接触和处理这些污染物的生物体，对其生物降解和环境生态稳定具有重要作用。本研究综述了二甲双胍对人体的影响以及其在不同水生态系统中的释放途径，也提出了一些有助于增强二甲双胍及其生物转化产物脒基脲生物降解的策略，为未来可持续且经济有效地治理新兴污染物二甲双胍和脒基脲提供参考。
本研究对已发表论文进行了数据整合分析，二甲双胍和脒基脲在全球不同水源中的分布情况如图1所示，发现二甲双胍和脒基脲(Guanylurea)的广泛扩散已成为发达国家和发展中国家水源中的普遍问题，在澳大利亚、中国、沙特阿拉伯、希腊、美国、加拿大和欧洲多个国家的地表水和废水中均被检出，浓度普遍为ng/L级别。尽管这些浓度范围的二甲双胍对人体是无毒的，其被生物降解后的毒副产物仍可能对人体健康有害。同时，高浓度的二甲双胍会改变代谢途径并影响处于早期生命阶段鱼的生长，导致鱼器官的形态变化，尤其是在旱季时二甲双胍浓度的提高增加了其慢性暴露，可能产生更大的生态风险。
微生物在降解二甲双胍及其副产物起着重要作用，因为它们在自然环境最先接触到各种来源释放的污染物。本研究详细讨论了影响微生物降解速率的因子(图2)，包括二甲双胍复杂的化学结构，温度和pH的波动等。并进一步探讨了不同条件下二甲双胍和脒基脲的生物降解机制。虽然微生物擅长从环境中去除许多污染物，通过利用二甲双胍作为碳、氮和能量来源来促进其细胞生长，但它们对二甲双胍和脒基脲的降解能力有限，需要更多研究和创新策略来克服这些限制并开发有效的生物降解方法。
图 2. 影响地表和废水中二甲双胍和脒基脲微生物生物降解的因素
本研究重点探讨了影响二甲双胍和脒基脲生物降解的因素，以及有氧和厌氧条件下二甲双胍和脒基脲生物降解的机制（图3）。最后，研究提出了一些联用策略以期增强微生物的有效生物降解潜力，减少二甲双胍及其生物转化中间体脒基脲进一步在环境中蓄积造成的的潜在风险升级，实现二甲双胍及其有毒代谢中间体的高效生物降解。
图 3. 有氧条件下二甲双胍和脒基脲的生物降解途径。红色虚线矩形代表两条路径
近日，该成果以“Co-occurrence, toxicity, and biotransformation pathways of metformin and its intermediate product guanylurea: Current state and future prospects for enhanced biodegradation strategy”为题在国际环境科学期刊Science of the Total Environment上发表，我院董雷副教授为文章第一作者，博士后李帅和硕士生黄杰参与了该研究，Mukhtiar Ali博士和李文均教授为本文通讯作者，中山大学生命科学学院为第一署名单位。本课题研究得到国家自然科学基金(32270076)、广东省重点研发计划(2022B0202110001)和广东省科技计划项目(2022A0505020001)的支持。
论文链接：
https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2024.171108
原文链接：
https://lifesciences.sysu.edu.cn/zh-hans/article/4589
