Ny undersøgelse viser, at mikroplast bliver til knudepunkter for patogener, antibiotika-resistente bakterier

Det anslås, at et middelstort spildevandsrensningsanlæg betjener omkring 400, 000 beboere vil udskrive op til 2, 000, 000 mikroplastikpartikler ud i miljøet hver dag. Endnu, forskere er stadig ved at lære de miljømæssige og menneskelige sundhedsvirkninger af disse ultrafine plastikpartikler, mindre end 5 millimeter i længden, findes i alt fra kosmetik, tandpasta og tøjmikrofibre, til vores mad, luft og drikkevand.

Nu, forskere ved New Jersey Institute of Technology har vist, at allestedsnærværende mikroplastik kan blive 'hubs' for antibiotikaresistente bakterier og patogener til at vokse, når de skyller ned i husholdningernes afløb og kommer ind i spildevandsrensningsanlæg - og danner et slimet lag af opbygning, eller biofilm, på deres overflade, der gør det muligt for patogene mikroorganismer og antibiotikaaffald at fæstne sig og komme til.

I resultater offentliggjort i Journal of Hazardous Materials Letters , forskere fandt, at visse bakteriestammer øgede antibiotikaresistens med op til 30 gange, mens de levede af mikroplastiske biofilm, der kan dannes inde i aktiverede slamenheder på kommunale spildevandsrensningsanlæg.

"En række nyere undersøgelser har fokuseret på de negative virkninger, som millioner af tons mikroplastaffald om året har på vores ferskvands- og havmiljøer, men indtil nu har mikroplastikkens rolle i vores byers spildevandsbehandlingsprocesser stort set været ukendt, " sagde Mengyan Li, lektor i kemi og miljøvidenskab ved NJIT og undersøgelsens tilsvarende forfatter. "Disse spildevandsrensningsanlæg kan være hotspots, hvor forskellige kemikalier, antibiotika-resistente bakterier og patogener konvergerer, og hvad vores undersøgelse viser er, at mikroplast kan tjene som deres bærere, udgør overhængende risici for akvatisk biota og menneskers sundhed, hvis de omgår vandbehandlingsprocessen."

"De fleste spildevandsrensningsanlæg er ikke designet til fjernelse af mikroplastik, så de konstant bliver frigivet til det modtagende miljø, " tilføjede Dung Ngoc Pham, NJIT Ph.D. kandidat og førsteforfatter til undersøgelsen. "Vores mål var at undersøge, om mikroplast beriger antibiotika-resistente bakterier fra aktiveret slam på kommunale spildevandsrensningsanlæg, og i så fald lær mere om de involverede mikrobielle samfund."

I deres undersøgelse, holdet indsamlede partier af slamprøver fra tre husholdningsspildevandsrensningsanlæg i det nordlige New Jersey, inokulering af prøverne i laboratoriet med to udbredte kommercielle mikroplaster - polyethylen (PE) og polystyren (PS). Holdet brugte en kombination af kvantitativ PCR og næste generations sekventeringsteknikker til at identificere de bakteriearter, der har tendens til at vokse på mikroplastikken, sporing af genetiske ændringer af bakterierne undervejs.

Analysen afslørede, at især tre gener - sul1, sul2 og intI1 — kendt for at hjælpe med resistens over for almindelige antibiotika, sulfonamider, viste sig at være op til 30 gange større på de mikroplastiske biofilm end i laboratoriets kontrolforsøg med sandbiofilm efter blot tre dage.

Da holdet tilsatte prøverne med antibiotika, sulfamethoxazol (SMX), de fandt, at det yderligere forstærkede generne for antibiotikaresistens med op til 4,5 gange.

"Tidligere vi troede, at tilstedeværelsen af ​​antibiotika ville være nødvendig for at øge antibiotikaresistensgener i disse mikroplastik-associerede bakterier, men det ser ud til, at mikroplast naturligt kan tillade optagelse af disse resistensgener alene." sagde Pham. "Tilstedeværelsen af ​​antibiotika har dog en betydelig multiplikatoreffekt."

Otte forskellige arter af bakterier blev fundet stærkt beriget på mikroplasten. Blandt disse arter, holdet observerede to nye menneskelige patogener, der typisk er forbundet med luftvejsinfektion, Raoultella ornithinolytica og Stenotrophomonas maltophilia, blaffer ofte på mikroplastikbiofilmene.

Holdet siger, at den langt mest almindelige stamme fundet på mikroplastik, Novosphingobium pokkalii, er sandsynligvis en nøgleinitiator i dannelsen af ​​den klæbrige biofilm, der tiltrækker sådanne patogener - da den formerer sig, kan den bidrage til forringelsen af ​​plastikken og udvide biofilmen. På samme tid, holdets undersøgelse fremhævede genets rolle, intI1, et mobilt genetisk element, der hovedsageligt er ansvarligt for at muliggøre udveksling af antibiotikaresistensgener blandt de mikroplastikbundne mikrober.

"Vi kan tænke på mikroplastik som små perler, men de giver et enormt overfladeareal for mikrober at opholde sig i, " forklarede Li. "Når disse mikroplastik kommer ind i spildevandsrensningsanlægget og blandes med slam, bakterier som Novosphingobium kan ved et uheld hæfte sig til overfladen og udskille limlignende ekstracellulære stoffer. Når andre bakterier binder sig til overfladen og vokser, de kan endda bytte DNA med hinanden. Sådan bliver generne for antibiotikaresistens spredt i samfundet."

"Vi har beviser for, at bakterierne også udviklede resistens over for andre antibiotika på denne måde, såsom aminoglykosid, beta-lactam og trimethoprim, " tilføjede Pham.

Nu, Li siger, at laboratoriet yderligere studerer Novosphingobiums rolle i biofilmdannelse på mikroplast. Holdet søger også bedre at forstå, i hvilket omfang sådan patogen-bærende mikroplast kan omgå vandbehandlingsprocesser, ved at studere modstanden af ​​mikroplastiske biofilm under spildevandsrensning med desinfektionsmidler som UV-lys og klor.

"Nogle stater overvejer allerede nye regler for brugen af ​​mikroplast i forbrugerprodukter. Denne undersøgelse rejser opfordringer til yderligere undersøgelser af mikroplastiske biofilm i vores spildevandssystemer og udvikling af effektive midler til at fjerne mikroplast i vandmiljøer, " sagde Li.