Mikroplastika v rekah širi mikrobe, odporne na antibiotike

V nedavni študiji, objavljeni v reviji Nature Water, so znanstveniki z uporabo metagenomskega in viomskega sekvenciranja preučili porazdelitev virusov, interakcije gostiteljev in prenos genov za odpornost na antibiotike (ARG) na mikroplastiko.

Vztrajna kontaminacija z mikroplastiko je značilnost antropocena, ki predstavlja okoljska in javnozdravstvena tveganja zaradi izpiranja strupov in neposrednega prodiranja v biološka tkiva. Mikroplastika ustvarja edinstvene niše za mikrobno kolonizacijo in rast biofilma, s čimer tvori »plastisfero«, ki jo sestavljajo raznolike mikrobne združbe. Te površine lahko selektivno obogatijo patogene, kar lahko vpliva na prenos bolezni. Kljub svoji vseprisotnosti so bili virusi v študijah plastisfer večinoma prezrti, čeprav nedavni dokazi kažejo, da vztrajajo na mikroplastiki in interagirajo z bakterijskimi gostitelji. Potrebnih je več raziskav, da bi v celoti razumeli ekološke vplive virusnih združb in prenosa ARG na mikroplastiko, pa tudi njihove posledice za okolje in zdravje ljudi.

Marca 2021 je bila v reki Beilong v provinci Guangxi na Kitajskem izvedena študija dveh vrst mikroplastike, polietilena (PE) in polipropilena (PP). Pet lokacij ob reki je bilo izbranih glede na stopnjo urbanizacije in fizikalno-kemijskih lastnosti, od podeželskih do urbanih območij. Na vsaki lokaciji je bilo v rečni vodi gojenih 2,0 g mikroplastike (PE in PP) in naravnih delcev (kamen, les, pesek). Mikroplastika je bila razkužena s 70-odstotnim etanolom in oprana s sterilno vodo, naravni delci pa sterilizirani, da bi se odstranile prvotne bakterijske in virusne združbe. Trajanje inkubacije je temeljilo na prejšnjih študijah, ki so pokazale uspešno tvorbo biofilma na plastiki v 30 dneh.

Po inkubaciji so bili zbrani vzorci mikroplastike, naravnih delcev in vode ter shranjeni pri -20 °C za analizo. Veliki delci in rastlinojede živali so bili filtrirani, koncentracije kovin pa so bile določene z optično emisijsko spektrometrijo z induktivno sklopljeno plazmo. Izmerjene so bile dodatne fizikalno-kemijske lastnosti in stopnje urbanizacije.

DNK je bila ekstrahirana z uporabo kompleta FastDNA Spin in sekvencirana na platformi HiSeq X. Visokokakovostni odčitki so bili obdelani za napovedovanje odprtih bralnih okvirjev in odstranitev odvečnih genov. Bakterijski genomi so bili sestavljeni in označeni z uporabo različnih bioinformatičnih orodij. Virusna DNK je bila ekstrahirana, obogatena in sekvencirana za identifikacijo virusnih kontingentov in potencialnih virusnih skupin na mikroplastiki.

Z metagenomskim sekvenciranjem je bilo v vzorcih mikroplastike iz porečja reke Beilong identificiranih skupno 28.732 bakterijskih vrst. Prevladujoče vrste so bile Proteobacteria, Acidobacteria, Actinobacteria in Chloroflexi, ki so predstavljale 52,6 % bakterijske združbe. Vrstna raznolikost in enakomernost nista pokazali pomembnih razlik glede na lokacijo ali vrsto mikroplastike. Osrednja bakterijska združba, ki jo je sestavljalo 25.883 vrst, je predstavljala 78,4 % vseh odkritih vrst, pri čemer je bilo 12.284 vrst skupnih vsem vzorcem, razen enemu vzorcu PE. Večina vrst (28.599) je bila skupnih mikroplastiki PE in PP, pri čemer je bilo 49 oziroma 84 vrst edinstvenih za PE oziroma PP.

Približno 0,32 % bakterijskih vrst je bilo potencialnih patogenov, od tega je bilo v 11 deblih odkritih 91 vrst. Prevladujoči patogeni so bili Burkholderia cepacia (13,29 %), Klebsiella pneumoniae (10,21 %) in Pseudomonas aeruginosa (7,59 %). Ugotovljen je bil pomemben vpliv razdalje in dneva na podobnost mikrobnih združb med lokacijami (R2 = 0,842, P < 0,001). Analiza NMDS je pokazala razlike v strukturi bakterijskih združb med mikroplastiko PE in PP.

Pri virusnih združbah je bilo pridobljenih 226.853 štetij, večinoma manj kot 1.000 kb. Prevladovali so Myoviridae in Siphoviridae, ki so predstavljali 58,8 % virusne številčnosti. Bogastvo in enakomernost virusov se med tipi mikroplastike nista bistveno razlikovali. Število virusov je bilo razvrščeno v 501 rod, od katerih je bilo 364 skupnih za PE in PP. V virusnih združbah med lokacijami je bil ugotovljen pomemben učinek razdalje in dneva. Analiza NMDS je pokazala razlike v virusnih združbah med mikroplastiko PE in PP.

Z uporabo različnih podatkovnih baz je bila izvedena anotacija funkcionalnih genov bakterijskih in virusnih zaporedij na mikroplastiki. Večina virusnih genov ni bila razvrščena ali slabo okarakterizirana, nekateri so bili povezani z obdelavo genetskih informacij in celičnimi procesi. Tudi bakterijski funkcionalni geni niso bili razvrščeni, nekateri pa so bili povezani s presnovnimi potmi in biosintezo. V virusnih in bakterijskih zaporedjih so bili najdeni geni za odpornost na kovine (MRG) in ARG, najpogostejši pa so bili odpornost na Cu, Zn, As in Fe.

Bakterijski ARG-ji so primarno kodirali odpornost na več zdravil, makrolide, linkozamide in streptogramine (MLS) ter tetraciklin, medtem ko so virusni ARG-ji vključevali gene odpornosti na trimetoprim, tetraciklin in MLS. Opazili so horizontalni prenos ARG-jev in MRG-jev med virusi in njihovimi bakterijskimi gostitelji, kar kaže na potencialno genetsko izmenjavo, ki spodbuja mikroplastiko.

Študija je odkrila razlike v bakterijskih in virusnih združbah, ki kolonizirajo mikroplastiko, v primerjavi z naravnimi delci v reki Beilun. Čeprav je raznolikost ostala podobna na vseh lokacijah, je vrsta mikroplastike vplivala na sestavo združbe. Pomembno je, da so raziskovalci na mikroplastiki identificirali potencialne patogene in ARG, povezane z bakterijami in virusi. Opazili so dokaze o horizontalnem prenosu genov med virusi in bakterijami, kar kaže na to, da lahko mikroplastika prispeva k širjenju odpornosti na protimikrobna zdravila v vodnem okolju. Te ugotovitve poudarjajo potencialna okoljska in javnozdravstvena tveganja, povezana z onesnaženjem z mikroplastiko.