Le microplastiche nei fiumi diffondono microbi resistenti agli antibiotici

In uno studio recente pubblicato sulla rivista Nature Water, gli scienziati hanno esaminato la distribuzione del virus, le interazioni con l'ospite e il trasferimento dei geni della resistenza agli antibiotici (ARG) sulle microplastiche utilizzando il sequenziamento metagenomico e viome.

La contaminazione persistente da microplastiche è una caratteristica distintiva dell'Antropocene, che pone rischi per l'ambiente e la salute pubblica attraverso la lisciviazione tossica e la penetrazione diretta nei tessuti biologici. Le microplastiche creano nicchie uniche per la colonizzazione microbica e la crescita del biofilm, formando una "plastisfera" che comprende diverse comunità microbiche. Queste superfici possono arricchire selettivamente i patogeni, con un potenziale impatto sulla trasmissione di malattie. Nonostante la loro ubiquità, i virus sono stati ampiamente ignorati negli studi sulle plastisfere, sebbene recenti evidenze suggeriscano che persistono sulle microplastiche e interagiscono con gli ospiti batterici. Sono necessarie ulteriori ricerche per comprendere appieno gli impatti ecologici delle comunità virali e della trasmissione di ARG sulle microplastiche, nonché le loro implicazioni per l'ambiente e la salute umana.

Nel marzo 2021, è stato condotto uno studio su due tipi di microplastiche, polietilene (PE) e polipropilene (PP), nel fiume Beilong nella provincia di Guangxi, in Cina. Sono stati selezionati cinque siti lungo il fiume in base al livello di urbanizzazione e alle proprietà fisico-chimiche, che spaziavano da aree rurali a urbane. In ciascun sito, 2,0 g di microplastiche (PE e PP) e particelle naturali (pietra, legno, sabbia) sono stati coltivati in acqua di fiume. Le microplastiche sono state disinfettate con etanolo al 70% e lavate con acqua sterile, mentre le particelle naturali sono state sterilizzate per eliminare le comunità batteriche e virali originali. La durata dell'incubazione si basava su studi precedenti che mostravano la formazione di biofilm sulla plastica entro 30 giorni.

Dopo l'incubazione, microplastiche, particelle naturali e campioni d'acqua sono stati raccolti e conservati a -20 °C per l'analisi. Le particelle di grandi dimensioni e gli erbivori sono stati filtrati e le concentrazioni di metalli sono state determinate utilizzando la spettrometria di emissione ottica a plasma accoppiato induttivamente. Sono state misurate ulteriori proprietà fisico-chimiche e i livelli di urbanizzazione.

Il DNA è stato estratto utilizzando il kit FastDNA Spin e sequenziato sulla piattaforma HiSeq X. Le letture di alta qualità sono state elaborate per predire i frame di lettura aperti (OFL) e rimuovere i geni ridondanti. I genomi batterici sono stati assemblati e annotati utilizzando diversi strumenti bioinformatici. Il DNA virale è stato estratto, arricchito e sequenziato per identificare contingenti virali e potenziali cluster virali sulle microplastiche.

Utilizzando il sequenziamento metagenomico, sono state identificate 28.732 specie batteriche in campioni di microplastiche provenienti dal bacino del fiume Beilong. I phyla dominanti erano Proteobacteria, Acidobacteria, Actinobacteria e Chloroflexi, che rappresentavano il 52,6% della comunità batterica. La ricchezza e l'uniformità delle specie non hanno mostrato differenze significative in base al sito o al tipo di microplastica. La comunità batterica principale, composta da 25.883 specie, rappresentava il 78,4% del totale delle specie rilevate, con 12.284 specie comuni a tutti i campioni tranne un campione di PE. La maggior parte delle specie (28.599) era comune alle microplastiche di PE e PP, con 49 e 84 specie esclusive rispettivamente di PE e PP.

Circa lo 0,32% delle specie batteriche erano potenziali patogeni, con 91 specie rilevate in 11 phyla. I patogeni dominanti erano Burkholderia cepacia (13,29%), Klebsiella pneumoniae (10,21%) e Pseudomonas aeruginosa (7,59%). È stato riscontrato un significativo effetto distanza-giorno nella similarità delle comunità microbiche tra i siti (R2 = 0,842, P < 0,001). L'analisi NMDS ha mostrato differenze nella struttura della comunità batterica tra microplastiche PE e PP.

Per le comunità virali, sono state ottenute 226.853 conteggi, per lo più inferiori a 1.000 kb. Myoviridae e Siphoviridae hanno dominato, rappresentando il 58,8% dell'abbondanza virale. La ricchezza e l'uniformità virale non differivano significativamente tra i tipi di microplastiche. I conteggi virali sono stati classificati in 501 generi, di cui 364 comuni a PE e PP. È stato riscontrato un significativo effetto distanza-giorno nelle comunità virali tra i siti. L'analisi NMDS ha mostrato differenze nelle comunità virali tra microplastiche PE e PP.

È stata eseguita un'annotazione dei geni funzionali di sequenze batteriche e virali su microplastiche utilizzando diversi database. La maggior parte dei geni virali non era classificata o era scarsamente caratterizzata, alcuni di essi erano correlati all'elaborazione delle informazioni genetiche e ai processi cellulari. Anche i geni funzionali batterici non erano classificati, alcuni di essi erano correlati a vie metaboliche e biosintesi. Geni di resistenza ai metalli (MRG) e ARG sono stati trovati in sequenze virali e batteriche, i più comuni erano quelli di resistenza a Cu, Zn, As e Fe.

Gli ARG batterici codificavano principalmente per la resistenza a diversi farmaci, macrolidi, lincosamidi e streptogramine (MLS) e tetraciclina, mentre gli ARG virali includevano geni di resistenza a trimetoprim, tetraciclina e MLS. È stato osservato un trasferimento orizzontale di ARG e MRG tra virus e i loro ospiti batterici, indicando un potenziale scambio genetico che promuove la microplastica.

Lo studio ha rilevato differenze nelle comunità batteriche e virali che colonizzano le microplastiche rispetto alle particelle naturali nel fiume Beilun. Sebbene la diversità sia rimasta simile nei diversi siti, il tipo di microplastica ha influenzato la composizione della comunità. È importante sottolineare che i ricercatori hanno identificato potenziali patogeni e ARG associati a batteri e virus sulle microplastiche. Hanno osservato prove di trasferimento genico orizzontale tra virus e batteri, suggerendo che le microplastiche potrebbero contribuire alla diffusione della resistenza antimicrobica negli ambienti acquatici. Questi risultati evidenziano i potenziali rischi per l'ambiente e la salute pubblica associati all'inquinamento da microplastiche.