Mikroplastikas upėse platina antibiotikams atsparius mikrobus

Neseniai žurnale „Nature Water“ paskelbtame tyrime mokslininkai tyrė virusų pasiskirstymą, šeimininko sąveiką ir atsparumo antibiotikams genų (ARG) perdavimą ant mikroplastiko, naudodami metagenominę ir viomų sekvenavimą.

Nuolatinis mikroplastiko užterštumas yra esminis antropoceno bruožas, keliantis pavojų aplinkai ir visuomenės sveikatai dėl toksiškų medžiagų išplovimo ir tiesioginio prasiskverbimo į biologinius audinius. Mikroplastikas sukuria unikalias nišas mikrobų kolonizacijai ir bioplėvelės augimui, formuodamas „plastisferą“, apimančią įvairias mikrobų bendruomenes. Šie paviršiai gali selektyviai praturtinti patogenus, galinčius turėti įtakos ligų plitimui. Nepaisant jų visur esančio paplitimo, virusai plastisferos tyrimuose buvo daugiausia ignoruojami, nors naujausi duomenys rodo, kad jie išlieka mikroplastike ir sąveikauja su bakterijų šeimininkais. Reikia daugiau tyrimų, kad būtų galima visapusiškai suprasti virusinių bendruomenių ir ARG perdavimo mikroplastikui ekologinį poveikį, taip pat jų reikšmę aplinkai ir žmonių sveikatai.

2021 m. kovo mėn. Beilongo upėje, Guangxi provincijoje, Kinijoje, buvo atliktas dviejų tipų mikroplastikų, polietileno (PE) ir polipropileno (PP), tyrimas. Pagal urbanizacijos lygį ir fizikines bei chemines savybes palei upę buvo pasirinktos penkios vietos, pradedant kaimo ir baigiant miesto regionais. Kiekvienoje vietoje upės vandenyje buvo kultivuojama 2,0 g mikroplastiko (PE ir PP) ir natūralių dalelių (akmens, medžio, smėlio). Mikroplastikas buvo dezinfekuotas 70 % etanoliu ir nuplautas steriliu vandeniu, o natūralios dalelės buvo sterilizuotos, siekiant sunaikinti pirmines bakterijų ir virusų bendruomenes. Inkubacijos trukmė buvo pagrįsta ankstesniais tyrimais, kurie parodė sėkmingą bioplėvelės susidarymą ant plastiko per 30 dienų.

Po inkubacijos mikroplastikas, natūralios dalelės ir vandens mėginiai buvo surinkti ir laikomi -20 °C temperatūroje analizei. Didelės dalelės ir žolėdžiai buvo išfiltruoti, o metalų koncentracijos nustatytos naudojant induktyviai sujungtą plazmos optinę emisijos spektrometriją. Buvo išmatuotos papildomos fizikocheminės savybės ir urbanizacijos lygis.

DNR buvo išskirta naudojant „FastDNA Spin“ rinkinį ir sekvenuota „HiSeq X“ platformoje. Aukštos kokybės nuskaitymai buvo apdoroti, siekiant numatyti atvirus skaitymo rėmelius ir pašalinti nereikalingus genus. Bakterijų genomai buvo surinkti ir anotuoti naudojant įvairius bioinformatikos įrankius. Virusinė DNR buvo išskirta, praturtinta ir sekvenuota, siekiant nustatyti virusinius kontingentus ir galimus virusų sankaupas ant mikroplastiko.

Naudojant metagenominę sekvenavimą, Beilongo upės baseino mikroplastiko mėginiuose iš viso buvo identifikuotos 28 732 bakterijų rūšys. Dominuojančios filos buvo proteobakterijos, acidobakterijos, aktinobakterijos ir chloroflexi, kurios sudarė 52,6 % bakterijų bendrijos. Rūšių gausumas ir vienodumas reikšmingų skirtumų pagal vietą ar mikroplastiko tipą neparodė. Pagrindinė bakterijų bendrija, kurią sudarė 25 883 rūšys, sudarė 78,4 % visų aptiktų rūšių, o 12 284 rūšys buvo bendros visiems mėginiams, išskyrus vieną PE mėginį. Dauguma rūšių (28 599) buvo bendros PE ir PP mikroplastikui, o 49 ir 84 rūšys buvo unikalios atitinkamai PE ir PP.

Maždaug 0,32 % bakterijų rūšių buvo potencialūs patogenai, 91 rūšis aptikta 11 filų. Dominuojantys patogenai buvo Burkholderia cepacia (13,29 %), Klebsiella pneumoniae (10,21 %) ir Pseudomonas aeruginosa (7,59 %). Nustatytas reikšmingas atstumo ir dienos efektas mikrobų bendrijų panašume tarp vietų (R2 = 0,842, P < 0,001). NMDS analizė parodė bakterijų bendrijos struktūros skirtumus tarp PE ir PP mikroplastikų.

Virusų bendrijų atveju gauti 226 853 skaičiai, dauguma jų buvo mažesni nei 1 000 kb. Vyravo Myoviridae ir Siphoviridae, sudarantys 58,8 % virusų gausos. Virusų gausumas ir tolygumas tarp mikroplastiko tipų reikšmingai nesiskyrė. Virusų skaičius buvo suskirstytas į 501 gentį, iš kurių 364 buvo bendros PE ir PP. Nustatytas reikšmingas atstumo ir dienos efektas virusų bendrijose tarp vietų. NMDS analizė parodė virusų bendrijų skirtumus tarp PE ir PP mikroplastiko.

Naudojant įvairias duomenų bazes, buvo atlikta bakterijų ir virusų sekų funkcinių genų anotacija ant mikroplastikų. Dauguma virusų genų buvo neklasifikuoti arba prastai apibūdinti, kai kurie iš jų buvo susiję su genetinės informacijos apdorojimu ir ląsteliniais procesais. Bakterijų funkciniai genai taip pat buvo neklasifikuoti, kai kurie iš jų buvo susiję su medžiagų apykaitos keliais ir biosinteze. Metalų atsparumo genai (MRG) ir ARG buvo rasti virusų ir bakterijų sekose, dažniausiai pasitaikantys buvo atsparumas Cu, Zn, As ir Fe.

Bakterijų ARG daugiausia kodavo atsparumą daugeliui vaistams, makrolidams, linkozamidams ir streptograminams (MLS) bei tetraciklinui, o virusų ARG apėmė atsparumo trimetoprimui, tetraciklinui ir MLS genus. Buvo pastebėtas horizontalus ARG ir MRG perdavimas tarp virusų ir jų bakterijų šeimininkų, rodantis galimą genetinį mainą, skatinantį mikroplastiką.

Tyrimo metu nustatyti skirtumai tarp bakterijų ir virusų bendruomenių, kolonizuojančių mikroplastiką, ir natūralių dalelių Beiluno upėje. Nors įvairovė skirtingose vietose išliko panaši, mikroplastiko tipas turėjo įtakos bendruomenės sudėčiai. Svarbu tai, kad tyrėjai nustatė galimus patogenus ir ARG, susijusius su bakterijomis ir virusais ant mikroplastiko. Jie pastebėjo horizontalaus genų perdavimo tarp virusų ir bakterijų įrodymų, rodančių, kad mikroplastikas gali prisidėti prie atsparumo antimikrobinėms medžiagoms plitimo vandens aplinkoje. Šie rezultatai pabrėžia galimą su mikroplastiko tarša susijusią riziką aplinkai ir visuomenės sveikatai.