Nehirlerdeki mikroplastikler antibiyotiğe dirençli mikropları yayıyor

Nature Water dergisinde yayımlanan son bir çalışmada bilim insanları, metagenomik ve viome dizilimini kullanarak virüs dağılımını, konak etkileşimlerini ve mikroplastikler üzerindeki antibiyotik direnç genlerinin (ARG'ler) transferini incelediler.

Kalıcı mikroplastik kontaminasyonu, Antropocen'in tanımlayıcı bir özelliğidir ve toksik sızıntı ve biyolojik dokulara doğrudan nüfuz etme yoluyla çevresel ve halk sağlığı riskleri oluşturur. Mikroplastikler, mikrobiyal kolonizasyon ve biyofilm büyümesi için benzersiz nişler oluşturarak çeşitli mikrobiyal topluluklardan oluşan bir "plastisfer" oluşturur. Bu yüzeyler patojenleri seçici olarak zenginleştirebilir ve potansiyel olarak hastalık bulaşmasını etkileyebilir. Her yerde bulunmalarına rağmen, virüsler plastisfer çalışmalarında büyük ölçüde göz ardı edilmiştir, ancak son kanıtlar mikroplastiklerde kalıcı olduklarını ve bakteriyel konakçılarla etkileşime girdiklerini göstermektedir. Viral toplulukların ve ARG bulaşmasının mikroplastikler üzerindeki ekolojik etkilerinin yanı sıra çevre ve insan sağlığı üzerindeki etkilerini tam olarak anlamak için daha fazla araştırmaya ihtiyaç vardır.

Mart 2021'de Çin'in Guangxi Eyaletindeki Beilong Nehri'nde polietilen (PE) ve polipropilen (PP) olmak üzere iki tür mikroplastik üzerinde bir çalışma yürütüldü. Nehir boyunca kırsal bölgelerden kentsel bölgelere kadar uzanan kentleşme düzeyi ve fizikokimyasal özelliklere göre beş alan seçildi. Her alanda, 2,0 g mikroplastik (PE ve PP) ve doğal parçacıklar (taş, ahşap, kum) nehir suyunda kültürlendi. Mikroplastikler %70 etanol ile dezenfekte edildi ve steril suyla yıkandı, doğal parçacıklar ise orijinal bakteri ve virüs topluluklarını ortadan kaldırmak için sterilize edildi. Kuluçka süresi, plastikler üzerinde 30 gün içinde başarılı biyofilm oluşumu gösteren önceki çalışmalara dayanıyordu.

Kuluçkadan sonra, mikroplastikler, doğal parçacıklar ve su örnekleri toplandı ve analiz için -20°C'de saklandı. Büyük parçacıklar ve otçullar filtrelendi ve metal konsantrasyonları indüktif olarak eşleştirilmiş plazma optik emisyon spektrometrisi kullanılarak belirlendi. Ek fizikokimyasal özellikler ve kentleşme seviyeleri ölçüldü.

DNA, FastDNA Spin kiti kullanılarak çıkarıldı ve HiSeq X platformunda dizilendi. Yüksek kaliteli okumalar, açık okuma çerçevelerini tahmin etmek ve gereksiz genleri kaldırmak için işlendi. Bakteriyel genomlar çeşitli biyoenformatik araçları kullanılarak birleştirildi ve açıklandı. Viral DNA, mikroplastiklerdeki viral grupları ve potansiyel viral kümeleri tanımlamak için çıkarıldı, zenginleştirildi ve dizilendi.

Metagenomik dizileme kullanılarak, Beilong Nehri Havzası'ndaki mikroplastik örneklerinde toplam 28.732 bakteri türü tanımlandı. Baskın şubeler, bakteri topluluğunun %52,6'sını oluşturan Proteobacteria, Acidobacteria, Actinobacteria ve Chloroflexi idi. Tür zenginliği ve düzgünlüğü, bölgeye veya mikroplastik türüne göre önemli bir farklılık göstermedi. 25.883 türden oluşan çekirdek bakteri topluluğu, tespit edilen toplam türlerin %78,4'ünü oluştururken, bir PE örneği hariç tüm örneklerde ortak olan 12.284 tür vardı. Türlerin çoğunluğu (28.599) PE ve PP mikroplastiklerinde ortaktı ve sırasıyla 49 ve 84 tür PE ve PP'ye özgüydü.

Bakteri türlerinin yaklaşık %0,32'si potansiyel patojendi ve 11 şubede 91 tür tespit edildi. Baskın patojenler Burkholderia cepacia (%13,29), Klebsiella pneumoniae (%10,21) ve Pseudomonas aeruginosa (%7,59) idi. Mikrobiyal toplulukların benzerliğinde bölgeler arasında önemli bir mesafe-gün etkisi bulundu (R2 = 0,842, P < 0,001). NMDS analizi, PE ve PP mikroplastikleri arasında bakteri topluluğu yapısında farklılıklar olduğunu gösterdi.

Viral topluluklar için, çoğunluğu 1.000 kb'den az olan 226.853 sayım elde edildi. Myoviridae ve Siphoviridae baskındı ve viral bolluğun %58,8'ini oluşturuyordu. Viral zenginlik ve düzgünlük mikroplastik tipleri arasında önemli ölçüde farklılık göstermedi. Viral sayımlar 501 cinse sınıflandırıldı ve bunlardan 364'ü PE ve PP'de ortaktı. Siteler arasındaki viral topluluklarda önemli bir mesafe-gün etkisi bulundu. NMDS analizi PE ve PP mikroplastikleri arasındaki viral topluluklarda farklılıklar gösterdi.

Mikroplastikler üzerindeki bakteriyel ve viral dizilerin işlevsel genlerinin açıklaması çeşitli veritabanları kullanılarak gerçekleştirildi. Viral genlerin çoğu sınıflandırılmamış veya yetersiz karakterize edilmişti, bazıları genetik bilgi işleme ve hücresel süreçlerle ilgiliydi. Bakteriyel işlevsel genler de sınıflandırılmamıştı, bazıları metabolik yollar ve biyosentezle ilgiliydi. Metal direnç genleri (MRG'ler) ve ARG'ler viral ve bakteriyel dizilerde bulundu, en yaygın olanlar Cu, Zn, As ve Fe'ye dirençti.

Bakteriyel ARG'ler öncelikle birden fazla ilaca, makrolidlere, linkozamidlere ve streptograminlere (MLS) ve tetrasikline karşı direnci kodlarken, viral ARG'ler trimetoprim, tetrasikline ve MLS'ye karşı direnç genlerini içeriyordu. Virüsler ve bakteriyel konakçıları arasında ARG'ler ve MRG'lerin yatay transferi gözlemlendi ve bu da mikroplastikleri teşvik eden potansiyel genetik değişimi gösteriyor.

Çalışma, Beilun Nehri'ndeki doğal parçacıklarla karşılaştırıldığında mikroplastikleri kolonize eden bakteriyel ve viral topluluklarda farklılıklar buldu. Çeşitlilik bölgeler arasında benzer kalsa da, mikroplastik türü topluluk kompozisyonunu etkiledi. Daha da önemlisi, araştırmacılar mikroplastikler üzerindeki bakteri ve virüslerle ilişkili potansiyel patojenleri ve ARG'leri belirlediler. Virüsler ve bakteriler arasında yatay gen aktarımına dair kanıtlar gözlemlediler ve bu da mikroplastiklerin su ortamlarında antimikrobiyal direncin yayılmasına katkıda bulunabileceğini düşündürdü. Bu bulgular, mikroplastik kirliliğiyle ilişkili potansiyel çevresel ve halk sağlığı risklerini vurgulamaktadır.