Микропластика у рекама шири микробе отпорне на антибиотике

У недавној студији објављеној у часопису Nature Water, научници су испитали дистрибуцију вируса, интеракције домаћина и пренос гена отпорности на антибиотике (ARG) на микропластику користећи метагеномско и виомско секвенцирање.

Упорна контаминација микропластиком је кључна карактеристика антропоцена, представљајући ризик по животну средину и јавно здравље кроз токсично испирање и директно продирање у биолошка ткива. Микропластика ствара јединствене нише за микробну колонизацију и раст биофилма, формирајући „пластику“ која се састоји од различитих микробних заједница. Ове површине могу селективно обогаћивати патогене, што потенцијално утиче на пренос болести. Упркос својој свеприсутности, вируси су углавном игнорисани у студијама пластике, иако недавни докази указују на то да они опстају на микропластици и интерагују са бактеријским домаћинима. Потребна су додатна истраживања како би се у потпуности разумели еколошки утицаји вирусних заједница и преноса АРГ-а на микропластику, као и њихове импликације на животну средину и људско здравље.

У марту 2021. године спроведена је студија о две врсте микропластике, полиетилену (ПЕ) и полипропилену (ПП), у реци Бејлонг у провинцији Гуангси, Кина. Пет локација дуж реке је одабрано на основу нивоа урбанизације и физичко-хемијских својстава, у распону од руралних до урбаних региона. На свакој локацији, 2,0 г микропластике (ПЕ и ПП) и природних честица (камен, дрво, песак) су култивисане у речној води. Микропластика је дезинфикована са 70% етанолом и испрана стерилном водом, док су природне честице стерилисане како би се елиминисале оригиналне бактеријске и вирусне заједнице. Трајање инкубације је засновано на претходним студијама које су показале успешно формирање биофилма на пластици у року од 30 дана.

Након инкубације, микропластика, природне честице и узорци воде су сакупљени и чувани на -20°C за анализу. Велике честице и биљоједи су филтрирани, а концентрације метала су одређене коришћењем оптичке емисионе спектрометрије са индуктивно спрегнутом плазмом. Мерена су додатна физичко-хемијска својства и нивои урбанизације.

ДНК је екстрахована коришћењем FastDNA Spin комплета и секвенционирана на HiSeq X платформи. Висококвалитетни очитавања су обрађена како би се предвидели отворени оквири за читање и уклонили сувишни гени. Бактеријски геноми су састављени и анотирани коришћењем различитих биоинформатичких алата. Вирусна ДНК је екстрахована, обогаћена и секвенционирана како би се идентификовали вирусни контингент и потенцијални вирусни кластери на микропластици.

Коришћењем метагеномског секвенцирања, укупно 28.732 бактеријске врсте идентификоване су у узорцима микропластике из слива реке Беилонг. Доминантне врсте биле су Proteobacteria, Acidobacteria, Actinobacteria и Chloroflexi, које су чиниле 52,6% бактеријске заједнице. Богатство и уједначеност врста нису показали значајне разлике по локалитету или типу микропластике. Основна бактеријска заједница, која се састоји од 25.883 врсте, чинила је 78,4% од укупног броја откривених врста, са 12.284 врсте заједничке за све узорке осим једног PE узорка. Већина врста (28.599) била је заједничка за PE и PP микропластику, са 49 и 84 врсте јединствене за PE и PP, респективно.

Приближно 0,32% бактеријских врста били су потенцијални патогени, са 91 врстом откривеном у 11 кољена. Доминантни патогени били су Burkholderia cepacia (13,29%), Klebsiella pneumoniae (10,21%) и Pseudomonas aeruginosa (7,59%). Значајан ефекат удаљености и дана је утврђен у сличности микробних заједница између локација (R2 = 0,842, P < 0,001). NMDS анализа је показала разлике у структури бактеријске заједнице између PE и PP микропластике.

За вирусне заједнице добијено је 226.853 броја, углавном мањих од 1.000 kb. Доминирале су Myoviridae и Siphoviridae, чинећи 58,8% вирусне количине. Богатство и уједначеност вируса нису се значајно разликовали између типова микропластике. Број вируса је класификован у 501 род, од којих је 364 било заједничко за PE и PP. Значајан ефекат удаљености и дана је пронађен у вирусним заједницама између локација. NMDS анализа је показала разлике у вирусним заједницама између PE и PP микропластике.

Анотација функционалних гена бактеријских и вирусних секвенци на микропластици извршена је коришћењем различитих база података. Већина вирусних гена није била класификована или слабо окарактерисана, неки од њих су били повезани са обрадом генетских информација и ћелијским процесима. Бактеријски функционални гени такође нису били класификовани, неки од њих су били повезани са метаболичким путевима и биосинтезом. Гени отпорности на метале (MRG) и ARG пронађени су у вирусним и бактеријским секвенцама, а најчешћи су били отпорност на Cu, Zn, As и Fe.

Бактеријски ARG-ови су првенствено кодирали отпорност на више лекова, макролиде, линкозамиде и стрептограмине (MLS), и тетрациклин, док су вирусни ARG-ови укључивали гене отпорности на триметоприм, тетрациклин и MLS. Хоризонтални пренос ARG-ова и MRG-ова је примећен између вируса и њихових бактеријских домаћина, што указује на потенцијалну генетску размену која подстиче микропластику.

Студија је открила разлике у бактеријским и вирусним заједницама које колонизују микропластику у поређењу са природним честицама у реци Беилун. Иако је разноликост остала слична на свим локацијама, врста микропластике је утицала на састав заједнице. Важно је напоменути да су истраживачи идентификовали потенцијалне патогене и АРГ-ове повезане са бактеријама и вирусима на микропластици. Уочили су доказе о хоризонталном преносу гена између вируса и бактерија, што сугерише да микропластика може допринети ширењу антимикробне резистенције у воденим срединама. Ови налази истичу потенцијалне ризике по животну средину и јавно здравље повезане са загађењем микропластиком.