Jokien mikromuovit levittävät antibiooteille vastustuskykyisiä mikrobeja.

Äskettäin Nature Water -lehdessä julkaistussa tutkimuksessa tutkijat tarkastelivat virusten leviämistä, isäntäsolujen välisiä vuorovaikutuksia ja antibioottiresistenssigeenien (ARG) siirtymistä mikromuoveihin metagenomisen ja viomi-sekvensoinnin avulla.

Pysyvä mikromuovikontaminaatio on antroposeenikauden tyypillinen piirre, joka aiheuttaa ympäristö- ja kansanterveysriskejä myrkyllisten aineiden liukenemisen ja biologisiin kudoksiin tunkeutumisen kautta. Mikromuovit luovat ainutlaatuisia lokeroita mikrobien kolonisaatiolle ja biofilmin kasvulle muodostaen "plastisfäärin", joka koostuu erilaisista mikrobiyhteisöistä. Nämä pinnat voivat valikoivasti rikastuttaa taudinaiheuttajia, mikä voi vaikuttaa tautien leviämiseen. Huolimatta niiden yleisyydestä, virukset on suurelta osin jätetty huomiotta plastissfääritutkimuksissa, vaikka viimeaikaiset todisteet viittaavat siihen, että ne säilyvät mikromuoveissa ja ovat vuorovaikutuksessa bakteeri-isäntien kanssa. Lisää tutkimusta tarvitaan, jotta ymmärretään täysin virusyhteisöjen ja ARG:n siirtymisen ekologiset vaikutukset mikromuoveihin sekä niiden vaikutukset ympäristöön ja ihmisten terveyteen.

Maaliskuussa 2021 tehtiin tutkimus kahden tyyppisistä mikromuoveista, polyeteenistä (PE) ja polypropeenista (PP), Beilong-joessa Guangxin maakunnassa Kiinassa. Joen varrelta valittiin viisi kohdetta kaupungistumisasteen ja fysikaalis-kemiallisten ominaisuuksien perusteella, jotka vaihtelivat maaseutualueista kaupunkialueisiin. Jokaisesta paikasta viljeltiin 2,0 g mikromuoveja (PE ja PP) ja luonnonhiukkasia (kivi, puu, hiekka) jokivedessä. Mikromuovit desinfioitiin 70-prosenttisella etanolilla ja pestiin steriilillä vedellä, kun taas luonnonhiukkaset steriloitiin alkuperäisten bakteeri- ja virusyhteisöjen poistamiseksi. Inkubaatioaika perustui aiempiin tutkimuksiin, jotka osoittivat onnistuneen biofilmin muodostumisen muoveihin 30 päivän kuluessa.

Inkuboinnin jälkeen mikromuovit, luonnonhiukkaset ja vesinäytteet kerättiin ja säilytettiin -20 °C:ssa analyysia varten. Suuret hiukkaset ja kasvinsyöjät suodatettiin pois ja metallipitoisuudet määritettiin induktiivisesti kytketyllä plasma-optisella emissiospektrometrialla. Lisäksi mitattiin fysikaalis-kemiallisia ominaisuuksia ja kaupungistumistasoja.

DNA eristettiin FastDNA Spin -kitillä ja sekvensoitiin HiSeq X -alustalla. Korkealaatuisia lukutuloksia käsiteltiin avointen lukukehysten ennustamiseksi ja tarpeettomien geenien poistamiseksi. Bakteerien genomit koottiin ja annotoitiin käyttämällä erilaisia bioinformatiikan työkaluja. Viruksen DNA eristettiin, rikastettiin ja sekvensoitiin viruskontingenttien ja mahdollisten virusryppäiden tunnistamiseksi mikromuoveissa.

Metagenomiikan sekvensoinnin avulla Beilong-joen valuma-alueen mikromuovinäytteistä tunnistettiin yhteensä 28 732 bakteerilajia. Hallitsevat pääjaksot olivat proteobakteerit, asidobakteerit, aktinobakteerit ja kloroflexit, jotka muodostivat 52,6 % bakteeriyhteisöstä. Lajirikkaudessa ja tasaisuudessa ei ollut merkittäviä eroja bakteerikannan tai mikromuovityypin välillä. Ydinbakteeriyhteisö, joka koostui 25 883 lajista, kattoi 78,4 % kaikista havaituista lajeista, ja 12 284 lajia oli yhteisiä kaikille näytteille yhtä PE-näytettä lukuun ottamatta. Suurin osa lajeista (28 599) oli yhteisiä PE- ja PP-mikromuoveille, ja 49 ja 84 lajia olivat ainutlaatuisia PE- ja PP-muoveille.

Noin 0,32 % bakteerilajeista oli potentiaalisia patogeenejä, ja 91 lajia havaittiin 11 pääjaksossa. Hallitsevat patogeenit olivat Burkholderia cepacia (13,29 %), Klebsiella pneumoniae (10,21 %) ja Pseudomonas aeruginosa (7,59 %). Merkittävä etäisyys-päivä-efekti havaittiin mikrobiyhteisöjen samankaltaisuudessa eri paikkojen välillä (R2 = 0,842, P < 0,001). NMDS-analyysi osoitti eroja bakteeriyhteisöjen rakenteessa PE- ja PP-mikromuovien välillä.

Virusyhteisöjen osalta saatiin 226 853 laskentaa, joista enimmäkseen alle 1 000 kb. Myoviridae- ja Siphoviridae-sukupuoliset olivat hallitsevia ja niiden osuus virusten runsaudesta oli 58,8 %. Virusten rikkaus ja tasaisuus eivät eronneet merkittävästi mikromuovityyppien välillä. Virusmäärät luokiteltiin 501 sukuun, joista 364 oli yhteisiä PE- ja PP-mikromuovien kanssa. Virusyhteisöissä havaittiin merkittävä etäisyys-päivä-vaikutus eri paikkojen välillä. NMDS-analyysi osoitti eroja virusyhteisöissä PE- ja PP-mikromuovien välillä.

Bakteerien ja virusten sekvenssien toiminnallisten geenien annotaatio mikromuoveissa suoritettiin käyttämällä erilaisia tietokantoja. Suurin osa virusten geeneistä oli luokittelemattomia tai huonosti karakterisoituja, osa niistä liittyi geneettisen tiedon prosessointiin ja soluprosesseihin. Myös bakteerien toiminnalliset geenit olivat luokittelemattomia, osa niistä liittyi aineenvaihduntareitteihin ja biosynteesiin. Metalliresistenssigeenejä (MRG) ja ARG-geenejä löydettiin virusten ja bakteerien sekvensseistä, yleisimmät olivat resistenssi kuparille, sinkille, arseenille ja raudalle.

Bakteerien ARG-geenit koodasivat ensisijaisesti resistenssiä useille lääkkeille, makrolideille, linkosamideille ja streptogramiineille (MLS) sekä tetrasykliinille, kun taas virusten ARG-geenit sisälsivät resistenssigeenejä trimetopriimille, tetrasykliinille ja MLS:lle. ARG- ja MRG-geenien horisontaalista siirtymistä havaittiin virusten ja niiden bakteeri-isäntien välillä, mikä viittaa mahdolliseen geneettiseen vaihtoon, joka edistää mikromuovien muodostumista.

Tutkimuksessa havaittiin eroja Beilun-joen mikromuovia kolonisoivissa bakteeri- ja virusyhteisöissä verrattuna luonnollisiin hiukkasiin. Vaikka monimuotoisuus pysyi samanlaisena eri paikoissa, mikromuovin tyyppi vaikutti yhteisöjen koostumukseen. Merkittävää on, että tutkijat tunnistivat mikromuovien pinnalla bakteereihin ja viruksiin liittyviä potentiaalisia taudinaiheuttajia ja ARG-geenejä. He havaitsivat merkkejä horisontaalisesta geenien siirrosta virusten ja bakteerien välillä, mikä viittaa siihen, että mikromuovit voivat edistää mikrobilääkeresistenssin leviämistä vesiympäristöissä. Nämä havainnot korostavat mikromuovisaasteeseen liittyviä mahdollisia ympäristö- ja kansanterveysriskejä.