Мікропластик у річках поширює антибіотикорезистентні мікроби

У нещодавньому дослідженні, опублікованому в журналі Nature Water, вчені досліджували поширення вірусів, взаємодію з господарем та перенесення генів стійкості до антибіотиків (ARG) на мікропластику за допомогою метагеномного та віомного секвенування.

Стійке забруднення мікропластиком є визначальною рисою антропоцену, що створює ризики для навколишнього середовища та громадського здоров'я через вимивання токсинів та пряме проникнення в біологічні тканини. Мікропластик створює унікальні ніші для мікробної колонізації та росту біоплівки, утворюючи «пластикосферу», що складається з різноманітних мікробних спільнот. Ці поверхні можуть вибірково збагачувати патогени, потенційно впливаючи на передачу захворювань. Незважаючи на свою повсюдність, віруси значною мірою ігнорувалися в дослідженнях пластисфер, хоча останні дані свідчать про те, що вони зберігаються на мікропластику та взаємодіють з бактеріальними хазяїнами. Потрібні додаткові дослідження, щоб повністю зрозуміти екологічний вплив вірусних спільнот та передачі ARG на мікропластик, а також їхній вплив на навколишнє середовище та здоров'я людини.

У березні 2021 року було проведено дослідження двох типів мікропластику, поліетилену (ПЕ) та поліпропілену (ПП), у річці Бейлун у провінції Гуансі, Китай. П'ять ділянок вздовж річки було обрано на основі рівня урбанізації та фізико-хімічних властивостей, від сільської до міської місцевості. На кожній ділянці 2,0 г мікропластику (ПЕ та ПП) та природних частинок (камінь, дерево, пісок) культивували у річковій воді. Мікропластик дезінфікували 70% етанолом та промивали стерильною водою, тоді як природні частинки стерилізували для знищення початкових бактеріальних та вірусних спільнот. Тривалість інкубації базувалася на попередніх дослідженнях, які показали успішне формування біоплівки на пластмасах протягом 30 днів.

Після інкубації мікропластик, природні частинки та зразки води були зібрані та зберігані при температурі -20°C для аналізу. Великі частинки та травоїдні тварини були відфільтровані, а концентрації металів визначені за допомогою оптичної емісійної спектрометрії з індуктивно зв'язаною плазмою. Були виміряні додаткові фізико-хімічні властивості та рівень урбанізації.

ДНК екстрагували за допомогою набору FastDNA Spin та секвенували на платформі HiSeq X. Високоякісні зчитування обробляли для прогнозування відкритих рамок зчитування та видалення надлишкових генів. Бактеріальні геноми збирали та анотували за допомогою різних біоінформатичних інструментів. Вірусну ДНК екстрагували, збагачували та секвенували для ідентифікації вірусних контингентів та потенційних вірусних кластерів на мікропластику.

За допомогою метагеномного секвенування у зразках мікропластику з басейну річки Бейлун було ідентифіковано загалом 28 732 види бактерій. Домінуючими типами були протеобактерії, ацидобактерії, актинобактерії та хлорофлекси, що становило 52,6% бактеріальної спільноти. Видове багатство та рівномірність не показали суттєвих відмінностей залежно від місця розташування чи типу мікропластику. Основна бактеріальна спільнота, що складається з 25 883 видів, становила 78,4% від загальної кількості виявлених видів, причому 12 284 види були спільними для всіх зразків, крім одного зразка поліетилену (PE). Більшість видів (28 599) були спільними для мікропластику PE та PP, причому 49 та 84 види були унікальними для PE та PP відповідно.

Приблизно 0,32% видів бактерій були потенційними патогенами, причому 91 вид було виявлено в 11 типах. Домінуючими патогенами були Burkholderia cepacia (13,29%), Klebsiella pneumoniae (10,21%) та Pseudomonas aeruginosa (7,59%). Було виявлено значний вплив відстані на подібність мікробних спільнот між ділянками (R2 = 0,842, P < 0,001). NMDS-аналіз показав відмінності в структурі бактеріальних спільнот між мікропластиками PE та PP.

Для вірусних спільнот було отримано 226 853 підрахунки, здебільшого менше 1000 кб. Домінували Myoviridae та Siphoviridae, на яких припадало 58,8% вірусної чисельності. Вірусна різноманітність та рівномірність суттєво не відрізнялися між типами мікропластику. Кількість вірусів була класифікована за 501 родом, з яких 364 були спільними для PE та PP. Значний вплив відстані на день був виявлений у вірусних спільнотах між ділянками. Аналіз NMDS показав відмінності у вірусних спільнотах між мікропластиками PE та PP.

Анотацію функціональних генів бактеріальних та вірусних послідовностей на мікропластику було проведено з використанням різних баз даних. Більшість вірусних генів були некласифіковані або погано охарактеризовані, деякі з них були пов'язані з обробкою генетичної інформації та клітинними процесами. Бактеріальні функціональні гени також були некласифіковані, деякі з них були пов'язані з метаболічними шляхами та біосинтезом. У вірусних та бактеріальних послідовностях були виявлені гени стійкості до металів (MRG) та ARG, найпоширенішими були гени стійкості до Cu, Zn, As та Fe.

Бактеріальні ARG в основному кодували стійкість до багатьох препаратів, макролідів, лінкозамідів та стрептограмінів (MLS), а також тетрацикліну, тоді як вірусні ARG включали гени стійкості до триметоприму, тетрацикліну та MLS. Спостерігався горизонтальний перенос ARG та MRG між вірусами та їхніми бактеріальними хазяїнами, що вказує на потенційний генетичний обмін, що сприяє утворенню мікропластику.

Дослідження виявило відмінності в бактеріальних та вірусних спільнотах, що колонізують мікропластик, порівняно з природними частинками в річці Бейлун. Хоча різноманітність залишалася подібною на різних ділянках, тип мікропластику впливав на склад спільноти. Важливо, що дослідники виявили потенційні патогени та ARG, пов'язані з бактеріями та вірусами на мікропластику. Вони спостерігали ознаки горизонтального переносу генів між вірусами та бактеріями, що свідчить про те, що мікропластик може сприяти поширенню стійкості до антимікробних препаратів у водному середовищі. Ці висновки підкреслюють потенційні ризики для навколишнього середовища та здоров'я населення, пов'язані із забрудненням мікропластиком.