Microplasticele din râuri răspândesc microbi rezistenți la antibiotice

Într-un studiu recent publicat în revista Nature Water, oamenii de știință au examinat distribuția virusurilor, interacțiunile cu gazda și transferul genelor de rezistență la antibiotice (ARG) pe microplastice folosind secvențierea metagenomică și a viomilor.

Contaminarea persistentă cu microplastice este o caracteristică definitorie a Antropocenului, prezentând riscuri pentru mediu și sănătate publică prin levigare toxică și penetrare directă în țesuturile biologice. Microplasticele creează nișe unice pentru colonizarea microbiană și creșterea biofilmului, formând o „plastisferă” care cuprinde diverse comunități microbiene. Aceste suprafețe pot îmbogăți selectiv agenții patogeni, având un impact potențial asupra transmiterii bolilor. În ciuda omniprezenței lor, virusurile au fost în mare parte ignorate în studiile plastisferei, deși dovezi recente sugerează că acestea persistă pe microplastice și interacționează cu gazdele bacteriene. Sunt necesare mai multe cercetări pentru a înțelege pe deplin impactul ecologic al comunităților virale și al transmiterii ARG asupra microplasticelor, precum și implicațiile acestora asupra mediului și sănătății umane.

În martie 2021, a fost realizat un studiu asupra a două tipuri de microplastice, polietilenă (PE) și polipropilenă (PP), în râul Beilong din provincia Guangxi, China. Cinci locații de-a lungul râului au fost selectate pe baza nivelului de urbanizare și a proprietăților fizico-chimice, variind de la regiuni rurale la cele urbane. În fiecare locație, 2,0 g de microplastice (PE și PP) și particule naturale (piatră, lemn, nisip) au fost cultivate în apa râului. Microplasticele au fost dezinfectate cu etanol 70% și spălate cu apă sterilă, în timp ce particulele naturale au fost sterilizate pentru a elimina comunitățile bacteriene și virale originale. Durata de incubare s-a bazat pe studii anterioare care au arătat formarea cu succes a biofilmului pe materiale plastice în termen de 30 de zile.

După incubare, microplasticele, particulele naturale și probele de apă au fost colectate și depozitate la -20°C pentru analiză. Particulele mari și erbivorele au fost filtrate, iar concentrațiile de metale au fost determinate utilizând spectrometria de emisie optică cu plasmă cuplată inductiv. Au fost măsurate proprietăți fizico-chimice suplimentare și nivelurile de urbanizare.

ADN-ul a fost extras folosind kitul FastDNA Spin și secvențiat pe platforma HiSeq X. Citirile de înaltă calitate au fost procesate pentru a prezice cadrele de citire deschise și a elimina genele redundante. Genomurile bacteriene au fost asamblate și adnotate folosind diverse instrumente bioinformatice. ADN-ul viral a fost extras, îmbogățit și secvențiat pentru a identifica contingentele virale și potențialele clustere virale pe microplastice.

Folosind secvențierea metagenomică, un total de 28.732 de specii bacteriene au fost identificate în probe de microplastice din bazinul râului Beilong. Încrengăturile dominante au fost Proteobacteria, Acidobacteria, Actinobacteria și Chloroflexi, reprezentând 52,6% din comunitatea bacteriană. Bogăția și uniformitatea speciilor nu au arătat diferențe semnificative în funcție de amplasament sau tipul de microplastic. Comunitatea bacteriană centrală, formată din 25.883 de specii, a reprezentat 78,4% din totalul speciilor detectate, cu 12.284 de specii comune tuturor probelor, cu excepția unei probe de PE. Majoritatea speciilor (28.599) au fost comune microplasticelor PE și PP, cu 49 și 84 de specii unice pentru PE și PP, respectiv.

Aproximativ 0,32% dintre speciile bacteriene au fost potențiali agenți patogeni, cu 91 de specii detectate în 11 încrengături. Agenții patogeni dominanți au fost Burkholderia cepacia (13,29%), Klebsiella pneumoniae (10,21%) și Pseudomonas aeruginosa (7,59%). Un efect semnificativ al distanței-zi a fost constatat în similaritatea comunităților microbiene între situri (R2 = 0,842, P < 0,001). Analiza NMDS a arătat diferențe în structura comunității bacteriene între microplasticele PE și PP.

Pentru comunitățile virale, s-au obținut 226.853 de numărări, majoritatea sub 1.000 kb. Myoviridae și Siphoviridae au dominat, reprezentând 58,8% din abundența virală. Bogăția și uniformitatea virală nu au diferit semnificativ între tipurile de microplastice. Numărările virale au fost clasificate în 501 de genuri, dintre care 364 erau comune PE și PP. Un efect semnificativ distanță-zi a fost constatat în comunitățile virale între locații. Analiza NMDS a arătat diferențe în comunitățile virale între microplasticele PE și PP.

O adnotare a genelor funcționale ale secvențelor bacteriene și virale de pe microplastice a fost efectuată utilizând diverse baze de date. Majoritatea genelor virale au fost neclasificate sau slab caracterizate, unele dintre ele fiind legate de procesarea informațiilor genetice și procesele celulare. Genele funcționale bacteriene au fost, de asemenea, neclasificate, unele dintre ele fiind legate de căile metabolice și biosinteză. Genele de rezistență la metale (MRG) și ARG au fost găsite în secvențele virale și bacteriene, cele mai frecvente fiind rezistența la Cu, Zn, As și Fe.

ARG-urile bacteriene au codificat în principal rezistența la mai multe medicamente, macrolide, lincosamide și streptogramine (MLS) și tetraciclină, în timp ce ARG-urile virale au inclus gene de rezistență la trimetoprim, tetraciclină și MLS. Transferul orizontal de ARG-uri și MRG-uri a fost observat între virusuri și gazdele lor bacteriene, indicând un potențial schimb genetic care promovează microplasticele.

Studiul a descoperit diferențe în comunitățile bacteriene și virale care colonizează microplasticele, comparativ cu particulele naturale din râul Beilun. Deși diversitatea a rămas similară în toate locațiile, tipul de microplastic a influențat compoziția comunității. Este important de menționat că cercetătorii au identificat potențiali agenți patogeni și ARG-uri asociați cu bacteriile și virusurile de pe microplastice. Aceștia au observat dovezi ale transferului orizontal de gene între virusuri și bacterii, sugerând că microplasticele pot contribui la răspândirea rezistenței antimicrobiene în mediile acvatice. Aceste descoperiri evidențiază potențialele riscuri pentru mediu și sănătate publică asociate cu poluarea cu microplastice.