Mikroplasty v řekách šíří mikroby odolné vůči antibiotikům

V nedávné studii publikované v časopise Nature Water vědci zkoumali distribuci virů, interakce s hostitelem a přenos genů rezistence na antibiotika (ARG) na mikroplastech pomocí metagenomického a viomového sekvenování.

Přetrvávající kontaminace mikroplasty je určujícím rysem antropocénu a představuje rizika pro životní prostředí a veřejné zdraví v důsledku vyplavování toxických látek a přímého pronikání do biologických tkání. Mikroplasty vytvářejí jedinečné niky pro mikrobiální kolonizaci a růst biofilmu a tvoří „plastisféru“ zahrnující rozmanité mikrobiální společenstva. Tyto povrchy mohou selektivně obohacovat patogeny, což může mít vliv na přenos nemocí. Navzdory své všudypřítomnosti byly viry ve studiích plastisfér do značné míry ignorovány, ačkoli nedávné důkazy naznačují, že na mikroplastech přetrvávají a interagují s bakteriálními hostiteli. Pro plné pochopení ekologických dopadů virových společenstev a přenosu ARG na mikroplasty, jakož i jejich důsledků pro životní prostředí a lidské zdraví, je zapotřebí dalšího výzkumu.

V březnu 2021 byla v řece Beilong v provincii Guangxi v Číně provedena studie dvou typů mikroplastů, polyethylenu (PE) a polypropylenu (PP). Pět lokalit podél řeky bylo vybráno na základě úrovně urbanizace a fyzikálně-chemických vlastností, od venkovských po městské oblasti. Na každé lokalitě byly v říční vodě kultivovány 2,0 g mikroplastů (PE a PP) a přírodních částic (kámen, dřevo, písek). Mikroplasty byly dezinfikovány 70% ethanolem a promyty sterilní vodou, zatímco přírodní částice byly sterilizovány, aby se eliminovaly původní bakteriální a virové komunity. Doba inkubace byla založena na předchozích studiích, které prokázaly úspěšnou tvorbu biofilmu na plastech během 30 dnů.

Po inkubaci byly odebrány mikroplasty, přírodní částice a vzorky vody a uloženy při teplotě -20 °C pro analýzu. Velké částice a býložravci byli odfiltrováni a koncentrace kovů byly stanoveny pomocí optické emisní spektrometrie s indukčně vázaným plazmatem. Byly měřeny další fyzikálně-chemické vlastnosti a úroveň urbanizace.

DNA byla extrahována pomocí soupravy FastDNA Spin a sekvenována na platformě HiSeq X. Vysoce kvalitní čtení bylo provedeno za účelem predikce otevřených čtecích rámců a odstranění redundantních genů. Bakteriální genomy byly sestaveny a anotovány pomocí různých bioinformatických nástrojů. Virová DNA byla extrahována, obohacena a sekvenována za účelem identifikace virových kontingentů a potenciálních virových shluků na mikroplastech.

Pomocí metagenomického sekvenování bylo ve vzorcích mikroplastů z povodí řeky Beilong identifikováno celkem 28 732 bakteriálních druhů. Dominantními kmeny byly Proteobacteria, Acidobacteria, Actinobacteria a Chloroflexi, které představovaly 52,6 % bakteriální komunity. Druhová bohatost a vyrovnanost nevykazovaly žádné významné rozdíly mezi lokalitou nebo typem mikroplastů. Jádro bakteriální komunity, které se skládalo z 25 883 druhů, představovalo 78,4 % z celkového počtu detekovaných druhů, přičemž 12 284 druhů bylo společných pro všechny vzorky s výjimkou jednoho vzorku PE. Většina druhů (28 599) byla společná pro mikroplasty PE a PP, přičemž 49 a 84 druhů bylo specifických pro PE a PP.

Přibližně 0,32 % bakteriálních druhů tvořily potenciální patogeny, přičemž v 11 kmenech bylo detekováno 91 druhů. Dominantními patogeny byly Burkholderia cepacia (13,29 %), Klebsiella pneumoniae (10,21 %) a Pseudomonas aeruginosa (7,59 %). Byl zjištěn významný vliv vzdálenosti a dne na podobnost mikrobiálních společenstev mezi lokalitami (R2 = 0,842, P

U virových společenstev bylo získáno 226 853 počtů, většinou menších než 1 000 kb. Dominovaly Myoviridae a Siphoviridae, které představovaly 58,8 % virové abundance. Virová bohatost a vyrovnanost se mezi typy mikroplastů významně nelišily. Počty virů byly klasifikovány do 501 rodů, z nichž 364 bylo společných pro PE a PP. Mezi lokalitami byl zjištěn významný vliv vzdálenosti a dnů ve virových společenstvech. Analýza NMDS ukázala rozdíly ve virových společenstvech mezi mikroplasty PE a PP.

Anotace funkčních genů bakteriálních a virových sekvencí na mikroplastech byla provedena s využitím různých databází. Většina virových genů byla neklasifikovaná nebo špatně charakterizovaná, některé z nich souvisely se zpracováním genetické informace a buněčnými procesy. Bakteriální funkční geny také nebyly klasifikovány, některé z nich souvisely s metabolickými dráhami a biosyntézou. Ve virových a bakteriálních sekvencích byly nalezeny geny rezistence na kovy (MRG) a ARG, nejčastější byly rezistence na Cu, Zn, As a Fe.

Bakteriální ARG primárně kódovaly rezistenci vůči více lékům, makrolidům, linkosamidům a streptograminům (MLS) a tetracyklinu, zatímco virové ARG obsahovaly geny rezistence vůči trimethoprimu, tetracyklinu a MLS. Mezi viry a jejich bakteriálními hostiteli byl pozorován horizontální přenos ARG a MRG, což naznačuje potenciální genetickou výměnu podporující mikroplasty.

Studie zjistila rozdíly v bakteriálních a virových společenstvech kolonizujících mikroplasty ve srovnání s přírodními částicemi v řece Beilun. Ačkoli rozmanitost zůstala napříč lokalitami podobná, typ mikroplastů ovlivnil složení společenstva. Důležité je, že vědci identifikovali potenciální patogeny a ARG spojené s bakteriemi a viry na mikroplastech. Pozorovali důkazy o horizontálním přenosu genů mezi viry a bakteriemi, což naznačuje, že mikroplasty mohou přispívat k šíření antimikrobiální rezistence ve vodním prostředí. Tato zjištění zdůrazňují potenciální environmentální a veřejné zdravotní rizika spojená se znečištěním mikroplasty.