Mikroplastik di sungai menyebarkan mikrob tahan antibiotik

Dalam kajian terbaru yang diterbitkan dalam jurnal Nature Water, saintis meneliti pengedaran virus, interaksi perumah, dan pemindahan gen rintangan antibiotik (ARG) pada mikroplastik menggunakan penjujukan metagenomik dan viome.

Pencemaran mikroplastik yang berterusan adalah ciri yang menentukan bagi Antroposen, menimbulkan risiko kesihatan alam sekitar dan awam melalui larut lesap toksik dan penembusan terus ke dalam tisu biologi. Mikroplastik mencipta ceruk unik untuk kolonisasi mikrob dan pertumbuhan biofilem, membentuk "plastisfera" yang terdiri daripada komuniti mikrob yang pelbagai. Permukaan ini secara terpilih boleh memperkayakan patogen, yang berpotensi memberi kesan kepada penghantaran penyakit. Walaupun terdapat di mana-mana, virus telah sebahagian besarnya diabaikan dalam kajian plastisphere, walaupun bukti terkini menunjukkan bahawa mereka berterusan pada mikroplastik dan berinteraksi dengan perumah bakteria. Lebih banyak penyelidikan diperlukan untuk memahami sepenuhnya kesan ekologi komuniti virus dan penghantaran ARG pada mikroplastik, serta implikasinya terhadap alam sekitar dan kesihatan manusia.

Pada Mac 2021, satu kajian telah dijalankan ke atas dua jenis mikroplastik, polietilena (PE) dan polipropilena (PP), di Sungai Beilong di Wilayah Guangxi, China. Lima tapak di sepanjang sungai telah dipilih berdasarkan tahap pembandaran dan sifat fizikokimia, dari luar bandar hingga kawasan bandar. Di setiap tapak, 2.0 g mikroplastik (PE dan PP) dan zarah semula jadi (batu, kayu, pasir) dibiakkan di dalam air sungai. Mikroplastik dibasmi kuman dengan 70% etanol dan dibasuh dengan air steril, manakala zarah semulajadi disterilkan untuk menghapuskan komuniti bakteria dan virus asal. Tempoh inkubasi adalah berdasarkan kajian terdahulu yang menunjukkan kejayaan pembentukan biofilm pada plastik dalam tempoh 30 hari.

Selepas pengeraman, mikroplastik, zarah semula jadi dan sampel air dikumpulkan dan disimpan pada -20°C untuk analisis. Zarah besar dan herbivor telah ditapis dan kepekatan logam ditentukan menggunakan spektrometri pelepasan optik plasma yang digabungkan secara induktif. Sifat fizikokimia tambahan dan tahap pembandaran diukur.

DNA telah diekstrak menggunakan kit FastDNA Spin dan disusun pada platform HiSeq X. Bacaan berkualiti tinggi telah diproses untuk meramalkan bingkai bacaan terbuka dan mengalih keluar gen berlebihan. Genom bakteria telah dipasang dan diberi anotasi menggunakan pelbagai alat bioinformatik. DNA virus telah diekstrak, diperkaya dan disusun untuk mengenal pasti kontinjen virus dan kelompok virus yang berpotensi pada mikroplastik.

Menggunakan penjujukan metagenomik, sejumlah 28,732 spesies bakteria telah dikenal pasti dalam sampel mikroplastik dari Lembangan Sungai Beilong. Filum yang dominan ialah Proteobacteria, Acidobacteria, Actinobacteria, dan Chloroflexi, menyumbang 52.6% daripada komuniti bakteria. Kekayaan dan kesekataan spesies tidak menunjukkan perbezaan yang ketara mengikut tapak atau jenis mikroplastik. Komuniti bakteria teras, yang terdiri daripada 25,883 spesies, menyumbang 78.4% daripada jumlah spesies yang dikesan, dengan 12,284 spesies biasa kepada semua sampel kecuali satu sampel PE. Majoriti spesies (28,599) adalah biasa kepada mikroplastik PE dan PP, dengan 49 dan 84 spesies unik untuk PE dan PP, masing-masing.

Kira-kira 0.32% spesies bakteria adalah patogen berpotensi, dengan 91 spesies dikesan dalam 11 filum. Patogen yang dominan ialah Burkholderia cepacia (13.29%), Klebsiella pneumoniae (10.21%), dan Pseudomonas aeruginosa (7.59%). Kesan jarak hari yang ketara didapati dalam persamaan komuniti mikrob antara tapak (R2 = 0.842, P <0.001). Analisis NMDS menunjukkan perbezaan dalam struktur komuniti bakteria antara mikroplastik PE dan PP.

Bagi komuniti virus, 226,853 kiraan diperoleh, kebanyakannya kurang daripada 1,000 kb. Myoviridae dan Siphoviridae mendominasi, menyumbang 58.8% daripada kelimpahan virus. Kekayaan dan kesamaan virus tidak berbeza dengan ketara antara jenis mikroplastik. Kiraan virus dikelaskan kepada 501 genera, di mana 364 adalah biasa untuk PE dan PP. Kesan jarak jauh yang ketara ditemui dalam komuniti virus antara tapak. Analisis NMDS menunjukkan perbezaan dalam komuniti virus antara mikroplastik PE dan PP.

Anotasi gen berfungsi urutan bakteria dan virus pada mikroplastik telah dilakukan menggunakan pelbagai pangkalan data. Kebanyakan gen virus tidak dikelaskan atau kurang dicirikan, sebahagian daripadanya berkaitan dengan pemprosesan maklumat genetik dan proses selular. Gen berfungsi bakteria juga tidak dikelaskan, sebahagian daripadanya berkaitan dengan laluan metabolik dan biosintesis. Gen rintangan logam (MRG) dan ARG ditemui dalam jujukan virus dan bakteria, yang paling biasa ialah rintangan kepada Cu, Zn, As dan Fe.

ARG bakteria terutamanya mengekodkan rintangan kepada pelbagai ubat, makrolida, lincosamides, dan streptogramin (MLS), dan tetracycline, manakala ARG virus termasuk gen rintangan kepada trimethoprim, tetracycline dan MLS. Pemindahan mendatar ARG dan MRG diperhatikan antara virus dan perumah bakteria mereka, menunjukkan potensi pertukaran genetik yang mempromosikan mikroplastik.

Kajian itu mendapati perbezaan dalam komuniti bakteria dan virus yang menjajah mikroplastik berbanding zarah semula jadi di Sungai Beilun. Walaupun kepelbagaian kekal serupa di seluruh tapak, jenis mikroplastik mempengaruhi komposisi komuniti. Yang penting, para penyelidik mengenal pasti patogen berpotensi dan ARG yang dikaitkan dengan bakteria dan virus pada mikroplastik. Mereka memerhati bukti pemindahan gen mendatar antara virus dan bakteria, menunjukkan bahawa mikroplastik boleh menyumbang kepada penyebaran rintangan antimikrob dalam persekitaran akuatik. Penemuan ini menyerlahkan potensi risiko alam sekitar dan kesihatan awam yang berkaitan dengan pencemaran mikroplastik.