Mikroplast i floder spreder antibiotikaresistente mikrober

I et nyligt studie offentliggjort i tidsskriftet Nature Water undersøgte forskere virusdistribution, værtsinteraktioner og overførsel af antibiotikaresistensgener (ARG'er) på mikroplast ved hjælp af metagenomisk og viome-sekventering.

Vedvarende mikroplastkontaminering er et definerende træk ved antropocæn, der udgør miljømæssige og folkesundhedsmæssige risici gennem giftig udvaskning og direkte penetration i biologisk væv. Mikroplast skaber unikke nicher for mikrobiel kolonisering og biofilmvækst og danner en "plastisfære", der omfatter forskellige mikrobielle samfund. Disse overflader kan selektivt berige patogener, hvilket potentielt kan påvirke sygdomsoverførsel. Trods deres allestedsnærværelse er vira i vid udstrækning blevet ignoreret i plastisfærestudier, selvom nyere beviser tyder på, at de overlever på mikroplast og interagerer med bakterieværter. Mere forskning er nødvendig for fuldt ud at forstå de økologiske påvirkninger af virussamfund og ARG-overførsel på mikroplast, samt deres konsekvenser for miljøet og menneskers sundhed.

I marts 2021 blev der udført en undersøgelse af to typer mikroplast, polyethylen (PE) og polypropylen (PP), i Beilong-floden i Guangxi-provinsen, Kina. Fem steder langs floden blev udvalgt baseret på urbaniseringsniveau og fysisk-kemiske egenskaber, lige fra landdistrikter til byområder. På hvert sted blev 2,0 g mikroplast (PE og PP) og naturlige partikler (sten, træ, sand) dyrket i flodvand. Mikroplast blev desinficeret med 70% ethanol og vasket med sterilt vand, mens naturlige partikler blev steriliseret for at eliminere oprindelige bakterie- og virussamfund. Inkubationsvarigheden var baseret på tidligere undersøgelser, der viste vellykket biofilmdannelse på plast inden for 30 dage.

Efter inkubation blev mikroplast, naturlige partikler og vandprøver indsamlet og opbevaret ved -20 °C til analyse. Store partikler og planteædere blev filtreret fra, og metalkoncentrationerne blev bestemt ved hjælp af induktivt koblet plasma optisk emissionsspektrometri. Yderligere fysisk-kemiske egenskaber og urbaniseringsniveauer blev målt.

DNA blev ekstraheret ved hjælp af FastDNA Spin-kittet og sekventeret på HiSeq X-platformen. Højkvalitetslæsninger blev behandlet for at forudsige åbne læserammer og fjerne redundante gener. Bakteriegenomer blev samlet og annoteret ved hjælp af forskellige bioinformatiske værktøjer. Viralt DNA blev ekstraheret, beriget og sekventeret for at identificere virale kontingenter og potentielle virale klynger på mikroplastik.

Ved hjælp af metagenomisk sekventering blev i alt 28.732 bakteriearter identificeret i mikroplastprøver fra Beilong-flodbassinet. De dominerende rækker var Proteobacteria, Acidobacteria, Actinobacteria og Chloroflexi, som tegnede sig for 52,6% af bakteriesamfundet. Artsrigdom og -enartethed viste ingen signifikante forskelle efter sted eller mikroplasttype. Kernebakteriesamfundet, bestående af 25.883 arter, tegnede sig for 78,4% af de samlede detekterede arter, med 12.284 arter fælles for alle prøver undtagen én PE-prøve. Størstedelen af arterne (28.599) var fælles for PE- og PP-mikroplast, med 49 og 84 arter unikke for henholdsvis PE og PP.

Omtrent 0,32 % af bakteriearterne var potentielle patogener, med 91 arter påvist i 11 rækker. De dominerende patogener var Burkholderia cepacia (13,29 %), Klebsiella pneumoniae (10,21 %) og Pseudomonas aeruginosa (7,59 %). En signifikant afstand-dag-effekt blev fundet i ligheden af mikrobielle samfund mellem stederne (R2 = 0,842, P < 0,001). NMDS-analyse viste forskelle i bakteriesamfundsstrukturen mellem PE- og PP-mikroplastik.

For virussamfund blev der opnået 226.853 tællinger, for det meste under 1.000 kb. Myoviridae og Siphoviridae dominerede og tegnede sig for 58,8% af virusmængden. Virusrigdom og -enartethed varierede ikke signifikant mellem mikroplasttyperne. Virustællinger blev klassificeret i 501 slægter, hvoraf 364 var fælles for PE og PP. En signifikant afstand-dag-effekt blev fundet i virussamfundene mellem stederne. NMDS-analyse viste forskelle i virussamfundene mellem PE- og PP-mikroplast.

En annotering af de funktionelle gener af bakterielle og virale sekvenser på mikroplastik blev udført ved hjælp af forskellige databaser. De fleste af de virale gener var uklassificerede eller dårligt karakteriserede, nogle af dem var relateret til genetisk informationsbehandling og cellulære processer. Bakteriefunktionelle gener var også uklassificerede, nogle af dem var relateret til metaboliske veje og biosyntese. Metalresistensgener (MRG'er) og ARG'er blev fundet i virale og bakterielle sekvenser, de mest almindelige var resistens over for Cu, Zn, As og Fe.

Bakterielle ARG'er kodede primært for resistens over for flere lægemidler, makrolider, lincosamider og streptograminer (MLS) og tetracyklin, mens virale ARG'er inkluderede resistensgener over for trimethoprim, tetracyklin og MLS. Horisontal overførsel af ARG'er og MRG'er blev observeret mellem vira og deres bakterielle værter, hvilket indikerer potentiel genetisk udvekslingsfremmende mikroplastik.

Undersøgelsen fandt forskelle i bakterie- og virussamfund, der koloniserede mikroplast, sammenlignet med naturlige partikler i Beilun-floden. Selvom diversiteten forblev ensartet på tværs af stederne, påvirkede typen af mikroplast samfundets sammensætning. Det er vigtigt at bemærke, at forskerne identificerede potentielle patogener og ARG'er forbundet med bakterier og vira på mikroplast. De observerede tegn på horisontal genoverførsel mellem vira og bakterier, hvilket tyder på, at mikroplast kan bidrage til spredning af antimikrobiel resistens i vandmiljøer. Disse resultater fremhæver de potentielle miljømæssige og folkesundhedsmæssige risici forbundet med mikroplastforurening.