A folyókban lévő mikroműanyagok antibiotikum-rezisztens mikrobákat terjesztenek

A Nature Water folyóiratban megjelent egyik friss tanulmányban a tudósok metagenomikai és viómszekvenálással vizsgálták a vírusok eloszlását, a gazdaszervezettel való kölcsönhatásokat és az antibiotikum-rezisztencia gének (ARG-k) mikroműanyagokon történő átvitelét.

A tartós mikroműanyag-szennyeződés az antropocén kor meghatározó jellemzője, amely környezeti és közegészségügyi kockázatokat jelent a mérgező anyagok kioldódása és a biológiai szövetekbe való közvetlen behatolás révén. A mikroműanyagok egyedülálló réseket teremtenek a mikrobiális kolonizáció és a biofilm növekedése számára, egy „plasztiszférát” alkotva, amely változatos mikrobiális közösségeket foglal magában. Ezek a felületek szelektíven dúsíthatják a kórokozókat, ami potenciálisan befolyásolhatja a betegségek terjedését. Mindenütt jelenlétük ellenére a vírusokat nagyrészt figyelmen kívül hagyták a plasztiszféra-vizsgálatokban, bár a legújabb bizonyítékok arra utalnak, hogy a mikroműanyagokon fennmaradnak és kölcsönhatásba lépnek a bakteriális gazdaszervezetekkel. További kutatásokra van szükség ahhoz, hogy teljes mértékben megértsük a vírusközösségek és az ARG-átvitel ökológiai hatásait a mikroműanyagokra, valamint azok környezetre és emberi egészségre gyakorolt következményeit.

2021 márciusában kétféle mikroműanyaggal, polietilénnel (PE) és polipropilénnel (PP) végeztek vizsgálatot a kínai Guangxi tartománybeli Beilong folyóban. Öt helyszínt választottak ki a folyó mentén az urbanizációs szint és a fizikai-kémiai tulajdonságok alapján, a vidéki régióktól a városi régiókig. Minden helyszínen 2,0 g mikroműanyagot (PE és PP) és természetes részecskéket (kő, fa, homok) tenyésztettek folyóvízben. A mikroműanyagokat 70%-os etanollal fertőtlenítették, majd steril vízzel mosták, míg a természetes részecskéket sterilizálták, hogy elpusztítsák az eredeti bakteriális és vírusos közösségeket. Az inkubációs időtartamot korábbi tanulmányokon alapulták, amelyek 30 napon belül sikeres biofilmképződést mutattak ki a műanyagokon.

Az inkubációt követően mikroműanyagokat, természetes részecskéket és vízmintákat gyűjtöttek, és -20°C-on tárolták elemzés céljából. A nagy részecskéket és a növényevőket kiszűrték, és a fémkoncentrációkat induktív csatolású plazma optikai emissziós spektrometriával határozták meg. További fizikai-kémiai tulajdonságokat és urbanizációs szinteket mértek.

A DNS-t FastDNA Spin kit segítségével extraháltuk, majd HiSeq X platformon szekvenáltuk. A kiváló minőségű leolvasásokat feldolgoztuk a nyitott leolvasási keretek előrejelzésére és a redundáns gének eltávolítására. A bakteriális genomokat különféle bioinformatikai eszközökkel összeállítottuk és annotáltuk. A vírusos DNS-t extraháltuk, dúsítottuk és szekvenáltuk a mikroműanyagokon található víruskontingensek és potenciális víruscsoportok azonosítása érdekében.

Metagenomikai szekvenálás segítségével összesen 28 732 baktériumfajt azonosítottak a Beilong folyó medencéjéből származó mikroműanyag mintákban. A domináns törzsek a proteobaktériumok, az acidobaktériumok, az aktinobaktériumok és a kloroflexiók voltak, amelyek a baktériumközösség 52,6%-át tették ki. A fajok gazdagsága és egyenletessége nem mutatott szignifikáns különbséget a helyszín vagy a mikroműanyag típusa szerint. A 25 883 fajból álló mag baktériumközösség az összes kimutatott faj 78,4%-át tette ki, 12 284 faj volt közös az összes mintában, kivéve egy PE mintát. A fajok többsége (28 599) közös volt a PE és PP mikroműanyagokban, 49, illetve 84 faj egyedülálló a PE-ben és a PP-ben.

A baktériumfajok körülbelül 0,32%-a volt potenciális kórokozó, 91 fajt 11 törzsben mutattak ki. A domináns kórokozók a Burkholderia cepacia (13,29%), a Klebsiella pneumoniae (10,21%) és a Pseudomonas aeruginosa (7,59%) voltak. Jelentős távolság-nap hatást találtak a mikrobiális közösségek hasonlóságában a helyszínek között (R2 = 0,842, P < 0,001). Az NMDS-analízis különbségeket mutatott a PE és PP mikroműanyagok bakteriális közösségének szerkezetében.

Vírusközösségek esetében 226 853 példányt kaptak, amelyek többnyire kevesebb mint 1000 kb méretűek voltak. A Myoviridae és a Siphoviridae domináltak, a vírusabundancia 58,8%-át tették ki. A vírusok gazdagsága és egyenletessége nem különbözött szignifikánsan a mikroműanyag-típusok között. A vírusszámokat 501 nemzetségbe sorolták, amelyek közül 364 közös volt a PE és a PP mikroműanyagokban. Jelentős távolság-nap hatást találtak a vírusközösségekben a helyszínek között. Az NMDS-elemzés különbségeket mutatott a vírusközösségekben a PE és PP mikroműanyagok között.

A mikroműanyagokon található bakteriális és vírusszekvenciák funkcionális génjeinek annotációját különféle adatbázisok felhasználásával végezték el. A vírusgének többsége osztályozatlan vagy rosszul jellemzett volt, némelyikük a genetikai információfeldolgozáshoz és a sejtfolyamatokhoz kapcsolódott. A bakteriális funkcionális gének szintén osztályozatlanok voltak, némelyikük az anyagcsere-útvonalakhoz és a bioszintézishez kapcsolódott. Fémrezisztencia-géneket (MRG) és ARG-ket találtak vírus- és bakteriális szekvenciákban, a leggyakoribbak a Cu, Zn, As és Fe iránti rezisztencia voltak.

A bakteriális ARG-k elsősorban többféle gyógyszerrel, makrolidokkal, linkozamidokkal és sztreptograminokkal (MLS), valamint tetraciklinnel szembeni rezisztenciát kódoltak, míg a vírusos ARG-k trimetoprim, tetraciklin és MLS elleni rezisztenciagéneket tartalmaztak. Az ARG-k és MRG-k horizontális átvitelét figyelték meg a vírusok és bakteriális gazdaszervezeteik között, ami a mikroműanyagokat elősegítő potenciális genetikai cserére utal.

A tanulmány különbségeket talált a mikroműanyagokat benépesítő bakteriális és vírusközösségekben a Beilun folyó természetes részecskéihez képest. Bár a sokféleség hasonló maradt a különböző helyszíneken, a mikroműanyag típusa befolyásolta a közösség összetételét. Fontos, hogy a kutatók potenciális kórokozókat és ARG-ket azonosítottak a mikroműanyagokon található baktériumokkal és vírusokkal kapcsolatban. Horizontális génátvitelre utaló jeleket figyeltek meg a vírusok és baktériumok között, ami arra utal, hogy a mikroműanyagok hozzájárulhatnak az antimikrobiális rezisztencia terjedéséhez a vízi környezetben. Ezek az eredmények rávilágítanak a mikroműanyag-szennyezéssel kapcsolatos lehetséges környezeti és közegészségügyi kockázatokra.