Τα μικροπλαστικά στα ποτάμια εξαπλώνουν μικρόβια ανθεκτικά στα αντιβιοτικά

Σε μια πρόσφατη μελέτη που δημοσιεύθηκε στο περιοδικό Nature Water, οι επιστήμονες εξέτασαν την κατανομή των ιών, τις αλληλεπιδράσεις των ξενιστών και τη μεταφορά γονιδίων αντοχής στα αντιβιοτικά (ARGs) σε μικροπλαστικά χρησιμοποιώντας μεταγονιδιωματική και αλληλούχιση βιώματος.

Η επίμονη μόλυνση από μικροπλαστικά αποτελεί καθοριστικό χαρακτηριστικό της Ανθρωπόκαινου Εποχής, θέτοντας σε κίνδυνο το περιβάλλον και τη δημόσια υγεία μέσω της τοξικής έκπλυσης και της άμεσης διείσδυσης σε βιολογικούς ιστούς. Τα μικροπλαστικά δημιουργούν μοναδικές κόγχες για μικροβιακό αποικισμό και ανάπτυξη βιοφίλμ, σχηματίζοντας μια «πλαστισφαίρα» που περιλαμβάνει ποικίλες μικροβιακές κοινότητες. Αυτές οι επιφάνειες μπορούν να εμπλουτίσουν επιλεκτικά παθογόνα, επηρεάζοντας ενδεχομένως τη μετάδοση ασθενειών. Παρά την πανταχού παρουσία τους, οι ιοί έχουν αγνοηθεί σε μεγάλο βαθμό στις μελέτες πλαστισφαίρων, αν και πρόσφατα στοιχεία υποδηλώνουν ότι επιμένουν στα μικροπλαστικά και αλληλεπιδρούν με βακτηριακούς ξενιστές. Απαιτείται περισσότερη έρευνα για την πλήρη κατανόηση των οικολογικών επιπτώσεων των ιικών κοινοτήτων και της μετάδοσης ARG στα μικροπλαστικά, καθώς και των επιπτώσεών τους στο περιβάλλον και την ανθρώπινη υγεία.

Τον Μάρτιο του 2021, διεξήχθη μια μελέτη σχετικά με δύο τύπους μικροπλαστικών, το πολυαιθυλένιο (PE) και το πολυπροπυλένιο (PP), στον ποταμό Beilong στην επαρχία Guangxi της Κίνας. Επιλέχθηκαν πέντε τοποθεσίες κατά μήκος του ποταμού με βάση το επίπεδο αστικοποίησης και τις φυσικοχημικές ιδιότητες, που κυμαίνονταν από αγροτικές έως αστικές περιοχές. Σε κάθε τοποθεσία, καλλιεργήθηκαν 2,0 g μικροπλαστικών (PE και PP) και φυσικών σωματιδίων (πέτρα, ξύλο, άμμος) σε νερό ποταμού. Τα μικροπλαστικά απολυμάνθηκαν με 70% αιθανόλη και πλύθηκαν με αποστειρωμένο νερό, ενώ τα φυσικά σωματίδια αποστειρώθηκαν για την εξάλειψη των αρχικών βακτηριακών και ιικών κοινοτήτων. Η διάρκεια επώασης βασίστηκε σε προηγούμενες μελέτες που έδειξαν επιτυχή σχηματισμό βιοφίλμ σε πλαστικά εντός 30 ημερών.

Μετά την επώαση, συλλέχθηκαν μικροπλαστικά, φυσικά σωματίδια και δείγματα νερού και αποθηκεύτηκαν στους -20°C για ανάλυση. Τα μεγάλα σωματίδια και τα φυτοφάγα ζώα φιλτραρίστηκαν και οι συγκεντρώσεις μετάλλων προσδιορίστηκαν χρησιμοποιώντας φασματομετρία οπτικής εκπομπής επαγωγικά συζευγμένου πλάσματος. Μετρήθηκαν πρόσθετες φυσικοχημικές ιδιότητες και επίπεδα αστικοποίησης.

Το DNA εκχυλίστηκε χρησιμοποιώντας το κιτ FastDNA Spin και αλληλουχήθηκε στην πλατφόρμα HiSeq X. Υποβλήθηκαν σε επεξεργασία αναγνώσεις υψηλής ποιότητας για την πρόβλεψη ανοιχτών πλαισίων ανάγνωσης και την αφαίρεση περιττών γονιδίων. Τα βακτηριακά γονιδιώματα συναρμολογήθηκαν και σχολιάστηκαν χρησιμοποιώντας διάφορα βιοπληροφορικά εργαλεία. Το ιικό DNA εκχυλίστηκε, εμπλουτίστηκε και αλληλουχήθηκε για την αναγνώριση ιικών συστάδων και πιθανών ιικών συστάδων σε μικροπλαστικά.

Χρησιμοποιώντας μεταγονιδιωματική αλληλούχιση, εντοπίστηκαν συνολικά 28.732 βακτηριακά είδη σε δείγματα μικροπλαστικών από τη λεκάνη απορροής του ποταμού Beilong. Τα κυρίαρχα φύλα ήταν τα Proteobacteria, Acidobacteria, Actinobacteria και Chloroflexi, αντιπροσωπεύοντας το 52,6% της βακτηριακής κοινότητας. Ο πλούτος και η ομοιομορφία των ειδών δεν έδειξαν σημαντικές διαφορές ανά θέση ή τύπο μικροπλαστικού. Η βασική βακτηριακή κοινότητα, που αποτελείται από 25.883 είδη, αντιπροσώπευε το 78,4% του συνόλου των ανιχνευθέντων ειδών, με 12.284 είδη κοινά σε όλα τα δείγματα εκτός από ένα δείγμα PE. Η πλειονότητα των ειδών (28.599) ήταν κοινά στα μικροπλαστικά PE και PP, με 49 και 84 είδη μοναδικά για το PE και το PP, αντίστοιχα.

Περίπου το 0,32% των βακτηριακών ειδών ήταν πιθανά παθογόνα, με 91 είδη να ανιχνεύονται σε 11 φύλα. Τα κυρίαρχα παθογόνα ήταν τα Burkholderia cepacia (13,29%), Klebsiella pneumoniae (10,21%) και Pseudomonas aeruginosa (7,59%). Διαπιστώθηκε σημαντική επίδραση απόστασης-ημέρας στην ομοιότητα των μικροβιακών κοινοτήτων μεταξύ των τοποθεσιών (R2 = 0,842, P < 0,001). Η ανάλυση NMDS έδειξε διαφορές στη δομή της βακτηριακής κοινότητας μεταξύ των μικροπλαστικών PE και PP.

Για τις ιικές κοινότητες, ελήφθησαν 226.853 μετρήσεις, οι περισσότερες λιγότερο από 1.000 kb. Κυριαρχούσαν οι Myoviridae και Siphoviridae, αντιπροσωπεύοντας το 58,8% της ιικής αφθονίας. Ο ιικός πλούτος και η ομοιομορφία δεν διέφεραν σημαντικά μεταξύ των τύπων μικροπλαστικών. Οι ιικές μετρήσεις ταξινομήθηκαν σε 501 γένη, εκ των οποίων τα 364 ήταν κοινά για τα PE και PP. Διαπιστώθηκε σημαντική επίδραση απόστασης-ημέρας στις ιικές κοινότητες μεταξύ των τοποθεσιών. Η ανάλυση NMDS έδειξε διαφορές στις ιικές κοινότητες μεταξύ των μικροπλαστικών PE και PP.

Πραγματοποιήθηκε σχολιασμός των λειτουργικών γονιδίων βακτηριακών και ιικών αλληλουχιών σε μικροπλαστικά χρησιμοποιώντας διάφορες βάσεις δεδομένων. Τα περισσότερα ιικά γονίδια ήταν αταξινόμητα ή ανεπαρκώς χαρακτηρισμένα, μερικά από αυτά σχετίζονταν με την επεξεργασία γενετικών πληροφοριών και τις κυτταρικές διεργασίες. Τα βακτηριακά λειτουργικά γονίδια ήταν επίσης αταξινόμητα, μερικά από αυτά σχετίζονταν με μεταβολικές οδούς και βιοσύνθεση. Γονίδια αντοχής σε μέταλλα (MRGs) και ARGs βρέθηκαν σε ιικές και βακτηριακές αλληλουχίες, τα πιο συνηθισμένα ήταν η αντοχή σε Cu, Zn, As και Fe.

Τα βακτηριακά ARGs κωδικοποιούσαν κυρίως αντοχή σε πολλαπλά φάρμακα, μακρολίδες, λινκοσαμίδες και στρεπτογραμίνες (MLS), καθώς και τετρακυκλίνη, ενώ τα ιικά ARGs περιελάμβαναν γονίδια αντοχής στην τριμεθοπρίμη, την τετρακυκλίνη και την MLS. Παρατηρήθηκε οριζόντια μεταφορά ARGs και MRGs μεταξύ ιών και των βακτηριακών ξενιστών τους, υποδεικνύοντας πιθανή γενετική ανταλλαγή που προάγει τα μικροπλαστικά.

Η μελέτη διαπίστωσε διαφορές στις βακτηριακές και ιικές κοινότητες που αποικίζουν τα μικροπλαστικά σε σύγκριση με τα φυσικά σωματίδια στον ποταμό Beilun. Αν και η ποικιλομορφία παρέμεινε παρόμοια σε όλες τις τοποθεσίες, ο τύπος των μικροπλαστικών επηρέασε τη σύνθεση της κοινότητας. Είναι σημαντικό ότι οι ερευνητές εντόπισαν πιθανά παθογόνα και ARG που σχετίζονται με βακτήρια και ιούς στα μικροπλαστικά. Παρατήρησαν ενδείξεις οριζόντιας μεταφοράς γονιδίων μεταξύ ιών και βακτηρίων, γεγονός που υποδηλώνει ότι τα μικροπλαστικά μπορεί να συμβάλλουν στην εξάπλωση της αντιμικροβιακής αντοχής σε υδάτινα περιβάλλοντα. Αυτά τα ευρήματα υπογραμμίζουν τους πιθανούς περιβαλλοντικούς και ιικούς κινδύνους που σχετίζονται με τη ρύπανση από μικροπλαστικά.