Mikroplastika u rijekama širi mikrobe otporne na antibiotike

U nedavnoj studiji objavljenoj u časopisu Nature Water, znanstvenici su ispitali distribuciju virusa, interakcije domaćina i prijenos gena otpornosti na antibiotike (ARG) na mikroplastici koristeći metagenomsko i viomsko sekvenciranje.

Trajna kontaminacija mikroplastikom ključna je značajka antropocena, predstavljajući rizik za okoliš i javno zdravlje zbog ispiranja toksina i izravnog prodiranja u biološka tkiva. Mikroplastika stvara jedinstvene niše za mikrobnu kolonizaciju i rast biofilma, tvoreći „plastisferu“ koja se sastoji od raznolikih mikrobnih zajednica. Ove površine mogu selektivno obogatiti patogene, što potencijalno utječe na prijenos bolesti. Unatoč svojoj sveprisutnosti, virusi su uglavnom ignorirani u studijama plastisfera, iako nedavni dokazi upućuju na to da perzistiraju na mikroplastici i stupaju u interakciju s bakterijskim domaćinima. Potrebna su daljnja istraživanja kako bi se u potpunosti razumjeli ekološki utjecaji virusnih zajednica i prijenosa ARG-a na mikroplastiku, kao i njihove implikacije na okoliš i ljudsko zdravlje.

U ožujku 2021. provedena je studija o dvjema vrstama mikroplastike, polietilenu (PE) i polipropilenu (PP), u rijeci Beilong u pokrajini Guangxi u Kini. Pet lokacija uz rijeku odabrano je na temelju stupnja urbanizacije i fizikalno-kemijskih svojstava, u rasponu od ruralnih do urbanih područja. Na svakoj lokaciji, 2,0 g mikroplastike (PE i PP) i prirodnih čestica (kamen, drvo, pijesak) uzgajani su u riječnoj vodi. Mikroplastika je dezinficirana 70%-tnim etanolom i isprana sterilnom vodom, dok su prirodne čestice sterilizirane kako bi se uklonile izvorne bakterijske i virusne zajednice. Trajanje inkubacije temeljilo se na prethodnim studijama koje su pokazale uspješno stvaranje biofilma na plastici unutar 30 dana.

Nakon inkubacije, mikroplastika, prirodne čestice i uzorci vode prikupljeni su i pohranjeni na -20°C za analizu. Velike čestice i biljojedi su filtrirani, a koncentracije metala određene su pomoću optičke emisijske spektrometrije s induktivno spregnutom plazmom. Mjerena su dodatna fizikalno-kemijska svojstva i razina urbanizacije.

DNK je ekstrahirana pomoću FastDNA Spin kita i sekvencirana na HiSeq X platformi. Visokokvalitetni očitanja su obrađena kako bi se predvidjeli otvoreni okviri za čitanje i uklonili redundantni geni. Bakterijski genomi su sastavljeni i označeni korištenjem različitih bioinformatičkih alata. Virusna DNK je ekstrahirana, obogaćena i sekvencirana kako bi se identificirali virusni kontingenti i potencijalni virusni klasteri na mikroplastici.

Korištenjem metagenomskog sekvenciranja, u uzorcima mikroplastike iz sliva rijeke Beilong identificirano je ukupno 28.732 bakterijske vrste. Dominantne vrste bile su Proteobacteria, Acidobacteria, Actinobacteria i Chloroflexi, koje čine 52,6% bakterijske zajednice. Bogatstvo i ujednačenost vrsta nisu pokazale značajne razlike prema lokaciji ili vrsti mikroplastike. Osnovna bakterijska zajednica, koja se sastoji od 25.883 vrste, činila je 78,4% ukupnog broja otkrivenih vrsta, s 12.284 vrste zajedničke svim uzorcima osim jednom uzorku PE. Većina vrsta (28.599) bila je zajednička za mikroplastiku PE i PP, s 49 odnosno 84 vrste jedinstvene za PE odnosno PP.

Otprilike 0,32% bakterijskih vrsta bili su potencijalni patogeni, s 91 vrstom otkrivenom u 11 koljena. Dominantni patogeni bili su Burkholderia cepacia (13,29%), Klebsiella pneumoniae (10,21%) i Pseudomonas aeruginosa (7,59%). Značajan učinak udaljenosti i dana utvrđen je u sličnosti mikrobnih zajednica između lokacija (R2 = 0,842, P < 0,001). NMDS analiza pokazala je razlike u strukturi bakterijske zajednice između PE i PP mikroplastike.

Za virusne zajednice dobiveno je 226 853 brojanja, uglavnom manje od 1000 kb. Dominirali su Myoviridae i Siphoviridae, čineći 58,8% virusne abundancije. Bogatstvo i ujednačenost virusa nisu se značajno razlikovali između tipova mikroplastike. Broj virusa klasificiran je u 501 rod, od kojih je 364 bilo zajedničko PE i PP. Značajan učinak udaljenosti i dana pronađen je u virusnim zajednicama između lokacija. NMDS analiza pokazala je razlike u virusnim zajednicama između PE i PP mikroplastike.

Anotacija funkcionalnih gena bakterijskih i virusnih sekvenci na mikroplastici provedena je korištenjem različitih baza podataka. Većina virusnih gena bila je neklasificirana ili slabo karakterizirana, neki od njih bili su povezani s obradom genetskih informacija i staničnim procesima. Bakterijski funkcionalni geni također nisu bili klasificirani, neki od njih bili su povezani s metaboličkim putovima i biosintezom. Geni otpornosti na metale (MRG) i ARG pronađeni su u virusnim i bakterijskim sekvencama, a najčešći su bili otpornost na Cu, Zn, As i Fe.

Bakterijski ARG-ovi prvenstveno su kodirali otpornost na više lijekova, makrolide, linkozamide i streptogramine (MLS) te tetraciklin, dok su virusni ARG-ovi uključivali gene otpornosti na trimetoprim, tetraciklin i MLS. Horizontalni prijenos ARG-ova i MRG-ova uočen je između virusa i njihovih bakterijskih domaćina, što ukazuje na potencijalnu genetsku razmjenu koja potiče mikroplastiku.

Studija je otkrila razlike u bakterijskim i virusnim zajednicama koje koloniziraju mikroplastiku u usporedbi s prirodnim česticama u rijeci Beilun. Iako je raznolikost ostala slična na svim lokacijama, vrsta mikroplastike utjecala je na sastav zajednice. Važno je da su istraživači identificirali potencijalne patogene i ARG-ove povezane s bakterijama i virusima na mikroplastici. Uočili su dokaze horizontalnog prijenosa gena između virusa i bakterija, što sugerira da mikroplastika može doprinijeti širenju antimikrobne rezistencije u vodenim okolišima. Ovi nalazi ističu potencijalne rizike za okoliš i javno zdravlje povezane sa onečišćenjem mikroplastikom.