Mikroplasty v riekach šíria mikróby odolné voči antibiotikám

V nedávnej štúdii publikovanej v časopise Nature Water vedci skúmali distribúciu vírusov, interakcie s hostiteľom a prenos génov rezistencie na antibiotiká (ARG) na mikroplastoch pomocou metagenomického a viometického sekvenovania.

Pretrvávajúca kontaminácia mikroplastmi je určujúcim znakom antropocénu a predstavuje riziká pre životné prostredie a verejné zdravie v dôsledku toxického vylúhovania a priameho prenikania do biologických tkanív. Mikroplasty vytvárajú jedinečné priestory pre mikrobiálnu kolonizáciu a rast biofilmu, čím vytvárajú „plastisféru“ pozostávajúcu z rôznych mikrobiálnych spoločenstiev. Tieto povrchy môžu selektívne obohacovať patogény, čo môže mať vplyv na prenos chorôb. Napriek ich všadeprítomnosti boli vírusy v štúdiách plastisfér do značnej miery ignorované, hoci nedávne dôkazy naznačujú, že pretrvávajú na mikroplastoch a interagujú s bakteriálnymi hostiteľmi. Na úplné pochopenie ekologických vplyvov vírusových spoločenstiev a prenosu ARG na mikroplasty, ako aj ich dôsledkov pre životné prostredie a ľudské zdravie, je potrebný ďalší výskum.

V marci 2021 sa v rieke Beilong v provincii Guangxi v Číne uskutočnila štúdia dvoch typov mikroplastov, polyetylénu (PE) a polypropylénu (PP). Päť lokalít pozdĺž rieky bolo vybraných na základe úrovne urbanizácie a fyzikálno-chemických vlastností, od vidieckych po mestské oblasti. Na každej lokalite sa v riečnej vode kultivovalo 2,0 g mikroplastov (PE a PP) a prírodných častíc (kameň, drevo, piesok). Mikroplasty sa dezinfikovali 70 % etanolom a premyli sterilnou vodou, zatiaľ čo prírodné častice sa sterilizovali, aby sa eliminovali pôvodné bakteriálne a vírusové spoločenstvá. Doba inkubácie bola založená na predchádzajúcich štúdiách, ktoré preukázali úspešnú tvorbu biofilmu na plastoch v priebehu 30 dní.

Po inkubácii boli vzorky mikroplastov, prírodných častíc a vody zozbierané a uskladnené pri teplote -20 °C na analýzu. Veľké častice a bylinožravce boli odfiltrované a koncentrácie kovov boli stanovené pomocou optickej emisnej spektrometrie s indukčne viazanou plazmou. Boli merané aj ďalšie fyzikálno-chemické vlastnosti a úroveň urbanizácie.

DNA bola extrahovaná pomocou súpravy FastDNA Spin a sekvenovaná na platforme HiSeq X. Vysokokvalitné čítania boli spracované na predikciu otvorených čítacích rámcov a odstránenie redundantných génov. Bakteriálne genómy boli zostavené a anotované pomocou rôznych bioinformatických nástrojov. Vírusová DNA bola extrahovaná, obohatená a sekvenovaná na identifikáciu vírusových kontingentov a potenciálnych vírusových zhlukov na mikroplastoch.

Pomocou metagenomického sekvenovania bolo vo vzorkách mikroplastov z povodia rieky Beilong identifikovaných celkovo 28 732 bakteriálnych druhov. Dominantnými kmeňmi boli Proteobacteria, Acidobacteria, Actinobacteria a Chloroflexi, ktoré predstavovali 52,6 % bakteriálnej komunity. Druhová bohatosť a vyrovnanosť nepreukázali žiadne významné rozdiely medzi lokalitou alebo typom mikroplastov. Jadrová bakteriálna komunita, pozostávajúca z 25 883 druhov, predstavovala 78,4 % z celkového počtu detekovaných druhov, pričom 12 284 druhov bolo spoločných pre všetky vzorky okrem jednej vzorky PE. Väčšina druhov (28 599) bola spoločná pre mikroplasty PE a PP, pričom 49 a 84 druhov bolo jedinečných pre PE a PP.

Približne 0,32 % bakteriálnych druhov boli potenciálne patogény, pričom v 11 kmeňoch bolo zistených 91 druhov. Dominantnými patogénmi boli Burkholderia cepacia (13,29 %), Klebsiella pneumoniae (10,21 %) a Pseudomonas aeruginosa (7,59 %). Zistil sa významný vplyv vzdialenosti a dňa na podobnosť mikrobiálnych spoločenstiev medzi lokalitami (R2 = 0,842, P < 0,001). Analýza NMDS ukázala rozdiely v štruktúre bakteriálnych spoločenstiev medzi mikroplastmi PE a PP.

V prípade vírusových spoločenstiev sa získalo 226 853 počtov, väčšinou menej ako 1 000 kb. Dominovali Myoviridae a Siphoviridae, ktoré predstavovali 58,8 % vírusovej abundancie. Vírusová bohatosť a vyrovnanosť sa medzi typmi mikroplastov významne nelíšili. Počty vírusov boli klasifikované do 501 rodov, z ktorých 364 bolo spoločných pre PE a PP. Vo vírusových spoločenstvách medzi lokalitami sa zistil významný vplyv vzdialenosti a dňa. Analýza NMDS ukázala rozdiely vo vírusových spoločenstvách medzi mikroplastmi PE a PP.

Anotácia funkčných génov bakteriálnych a vírusových sekvencií na mikroplastoch bola vykonaná s použitím rôznych databáz. Väčšina vírusových génov bola neklasifikovaná alebo slabo charakterizovaná, niektoré z nich súviseli so spracovaním genetickej informácie a bunkovými procesmi. Bakteriálne funkčné gény boli tiež neklasifikované, niektoré z nich súviseli s metabolickými dráhami a biosyntézou. Gény rezistencie na kovy (MRG) a ARG boli nájdené vo vírusových a bakteriálnych sekvenciách, najčastejšie boli rezistencia na Cu, Zn, As a Fe.

Bakteriálne ARG primárne kódovali rezistenciu voči viacerým liekom, makrolidom, linkosamidom a streptogramínom (MLS) a tetracyklínu, zatiaľ čo vírusové ARG obsahovali gény rezistencie voči trimetoprimu, tetracyklínu a MLS. Medzi vírusmi a ich bakteriálnymi hostiteľmi bol pozorovaný horizontálny prenos ARG a MRG, čo naznačuje potenciálnu genetickú výmenu podporujúcu mikroplasty.

Štúdia zistila rozdiely v bakteriálnych a vírusových spoločenstvách kolonizujúcich mikroplasty v porovnaní s prírodnými časticami v rieke Beilun. Hoci diverzita zostala na všetkých lokalitách podobná, typ mikroplastov ovplyvnil zloženie spoločenstva. Dôležité je, že výskumníci identifikovali potenciálne patogény a ARG spojené s baktériami a vírusmi na mikroplastoch. Pozorovali dôkazy o horizontálnom prenose génov medzi vírusmi a baktériami, čo naznačuje, že mikroplasty môžu prispievať k šíreniu antimikrobiálnej rezistencie vo vodnom prostredí. Tieto zistenia zdôrazňujú potenciálne environmentálne a verejné zdravotné riziká spojené so znečistením mikroplastmi.