Микропластмасата в реките разпространява микроби, устойчиви на антибиотици

В скорошно проучване, публикувано в списанието Nature Water, учените са изследвали разпространението на вируса, взаимодействията с гостоприемника и трансфера на гени за антибиотична резистентност (ARG) върху микропластмаси, използвайки метагеномно и виомно секвениране.

Устойчивото замърсяване с микропластмаси е определяща характеристика на антропоцена, представлявайки рискове за околната среда и общественото здраве чрез токсично излужване и директно проникване в биологичните тъкани. Микропластмасите създават уникални ниши за микробна колонизация и растеж на биофилм, образувайки „пластисфера“, състояща се от разнообразни микробни съобщества. Тези повърхности могат селективно да обогатяват патогени, потенциално влияейки върху предаването на болести. Въпреки повсеместното си разпространение, вирусите до голяма степен са игнорирани в изследванията на пластисферите, въпреки че последните данни сочат, че те персистират върху микропластмасите и взаимодействат с бактериалните гостоприемници. Необходими са повече изследвания, за да се разберат напълно екологичните въздействия на вирусните съобщества и предаването на ARG върху микропластмасите, както и техните последици за околната среда и човешкото здраве.

През март 2021 г. беше проведено проучване върху два вида микропластмаси, полиетилен (PE) и полипропилен (PP), в река Бейлун в провинция Гуанси, Китай. Пет места по протежение на реката бяха избрани въз основа на нивото на урбанизация и физикохимичните свойства, вариращи от селски до градски райони. На всяко място 2,0 г микропластмаси (PE и PP) и естествени частици (камък, дърво, пясък) бяха култивирани в речна вода. Микропластмасите бяха дезинфекцирани със 70% етанол и измити със стерилна вода, докато естествените частици бяха стерилизирани, за да се елиминират оригиналните бактериални и вирусни съобщества. Продължителността на инкубацията се основаваше на предишни проучвания, показващи успешно образуване на биофилм върху пластмаси в рамките на 30 дни.

След инкубацията, микропластмасите, естествените частици и водните проби бяха събрани и съхранявани при -20°C за анализ. Големите частици и тревопасните животни бяха филтрирани и концентрациите на метали бяха определени с помощта на индуктивно свързана плазмена оптична емисионна спектрометрия. Измерени бяха допълнителни физикохимични свойства и нива на урбанизация.

ДНК беше екстрахирана с помощта на комплекта FastDNA Spin и секвенирана на платформата HiSeq X. Висококачествени данни бяха обработени, за да се предскажат отворени рамки за четене и да се премахнат излишни гени. Бактериалните геноми бяха сглобени и анотирани с помощта на различни биоинформатични инструменти. Вирусна ДНК беше екстрахирана, обогатена и секвенирана, за да се идентифицират вирусни контингенти и потенциални вирусни клъстери върху микропластмаси.

Чрез метагеномно секвениране бяха идентифицирани общо 28 732 бактериални вида в проби от микропластмаси от басейна на река Бейлун. Доминиращите типове бяха Proteobacteria, Acidobacteria, Actinobacteria и Chloroflexi, представляващи 52,6% от бактериалната общност. Видовото богатство и равномерност не показаха значителни разлики по място или тип микропластмаса. Основната бактериална общност, състояща се от 25 883 вида, представлява 78,4% от общия брой открити видове, като 12 284 вида са общи за всички проби с изключение на една проба от PE. По-голямата част от видовете (28 599) са общи за микропластмасите от PE и PP, като 49 и 84 вида са уникални съответно за PE и PP.

Приблизително 0,32% от бактериалните видове са потенциални патогени, като 91 вида са открити в 11 типа. Доминиращите патогени са Burkholderia cepacia (13,29%), Klebsiella pneumoniae (10,21%) и Pseudomonas aeruginosa (7,59%). Установен е значителен ефект на разстоянието и дните в сходството на микробните общности между обектите (R2 = 0,842, P < 0,001). NMDS анализът показва разлики в структурата на бактериалната общност между PE и PP микропластиките.

За вирусните съобщества са получени 226 853 броя, предимно под 1000 kb. Myoviridae и Siphoviridae са доминирали, представлявайки 58,8% от вирусното изобилие. Вирусното богатство и равномерност не се различават съществено между типовете микропластики. Броят на вирусите е класифициран в 501 рода, от които 364 са общи за PE и PP. Значителен ефект на разстоянието-ден е установен във вирусните съобщества между местата. NMDS анализът показва разлики във вирусните съобщества между микропластиките PE и PP.

Анотация на функционалните гени на бактериални и вирусни последователности върху микропластмаси беше извършена с помощта на различни бази данни. Повечето от вирусните гени бяха некласифицирани или слабо характеризирани, някои от тях бяха свързани с обработката на генетична информация и клетъчните процеси. Бактериалните функционални гени също бяха некласифицирани, някои от тях бяха свързани с метаболитни пътища и биосинтез. Гени за метална резистентност (MRGs) и ARGs бяха открити във вирусни и бактериални последователности, като най-често срещаните бяха резистентност към Cu, Zn, As и Fe.

Бактериалните ARG кодират предимно резистентност към множество лекарства, макролиди, линкозамиди и стрептограмини (MLS) и тетрациклин, докато вирусните ARG включват гени за резистентност към триметоприм, тетрациклин и MLS. Наблюдаван е хоризонтален трансфер на ARG и MRG между вирусите и техните бактериални гостоприемници, което показва потенциален генетичен обмен, насърчаващ микропластмасите.

Проучването установи разлики в бактериалните и вирусните съобщества, колонизиращи микропластмасите, в сравнение с естествените частици в река Бейлун. Въпреки че разнообразието остава сходно в различните места, видът микропластмаса е повлиял на състава на съобществото. Важно е, че изследователите са идентифицирали потенциални патогени и ARG, свързани с бактерии и вируси върху микропластмасите. Те са наблюдавали доказателства за хоризонтален трансфер на гени между вируси и бактерии, което предполага, че микропластмасите могат да допринесат за разпространението на антимикробна резистентност във водна среда. Тези открития подчертават потенциалните рискове за околната среда и общественото здраве, свързани със замърсяването с микропластмаси.