Найдены два новых патогена человека, связанных с респираторной инфекцией. Так ли безопасны очистные сооружения?

Технологический Институт Нью-Джерси (США) установил, как наши микропластические отходы становятся центрами для патогенов, устойчивых к антибиотикам бактерий.

Подсчитано, что установка по очистке сточных вод среднего размера, обслуживающая примерно 400 000 жителей, будет сбрасывать в окружающую среду до 2 000 000 микропластических частиц каждый день. Тем не менее исследователи все еще изучают влияние этих ультратонких пластиковых частиц длиной менее 5 мм на окружающую среду и здоровье человека. Они встречаются во всем: от косметики, зубной пасты и микроволокон для одежды до нашей еды, воздуха и питьевой воды.

Исследователи из Технологического института Нью-Джерси показали, что повсеместное распространение микропластика может стать центром роста устойчивых к антибиотикам бактерий и патогенов после того, как они смываются в бытовые стоки и попадают в очистные сооружения, образуя слизистый слой накопления или биопленки на их поверхности. Это позволяет патогенным микроорганизмам и отходам антибиотиков прикрепляться и объединяться.

В результатах, опубликованных в журнале Journal Of Hazardous Materials Letters (издаваемый компанией Elsevier, Нидерланды), исследователи обнаружили, что определенные штаммы бактерий повышают устойчивость к антибиотикам до 30 раз, проживая на микропластичных биопленках, которые могут образовываться внутри блоков активного ила на муниципальных очистных сооружениях.

«Ряд недавних исследований был посвящен негативному влиянию, которое миллионы тонн микропластических отходов в год оказывают на нашу пресную воду и океанскую среду, но до сих пор роль микропластика в процессах очистки сточных вод в наших городах была в значительной степени ограничена неизвестностью», - сказал Мэнгъян Ли, доцент кафедры химии и экологии Технологического института Нью-Джерси и один из авторов этого исследования. «Эти очистные сооружения могут быть горячими точками, где сходятся различные химические вещества, устойчивые к антибиотикам бактерии и патогены, и наше исследование показывает, что микропластики могут служить их носителями, создавая неминуемый риск для водной биоты и здоровья человека, если они обходят процесс очистки воды.»

«Большинство очистных сооружений не предназначены для удаления микропластика, поэтому он постоянно попадает в принимающую среду», - добавил Дунг Нгок Фам, доктор философии Технологического института Нью-Джерси, и также один из авторов этого исследования.

«Наша цель состояла в том, чтобы исследовать, обогащают ли микропластики устойчивые к антибиотикам бактерии из активного ила на муниципальных очистных сооружениях, и если да, то узнать больше об участвующих микробных сообществах».

В своем исследовании команда собрала партии образцов ила с трех заводов по очистке бытовых сточных вод в северном Нью-Джерси, инокулируя образцы в лаборатории двумя широко распространенными коммерческими микропластиками - полиэтиленом (PE) и полистиролом (PS). Команда использовала комбинацию количественной ПЦР (метода полимеразной цепной реакции, позволяющего обнаружить большинство микроорганизмов.) и методов секвенирования нового поколения для определения видов бактерий, которые имеют тенденцию расти на микропластике, отслеживая генетические изменения бактерий на этом пути.

Анализ показал, что, в частности, три гена - sul1, sul2 и intI1 - которые, как известно, способствуют устойчивости к обычным антибиотикам, сульфаниламидам, оказались в своем положении в 30 раз выше на микропластических биопленках, чем в контрольных лабораторных тестах с использованием песчаных биопленок после всего лишь трёх дней исследований. Когда команда добавила в образцы антибиотик сульфаметоксазол (SMX), они обнаружили, что он еще больше усиливает гены устойчивости к антибиотикам (до 4,5 раз).

«Раньше мы думали, что присутствие антибиотиков необходимо для усиления генов устойчивости к антибиотикам в этих бактериях, связанных с микропластиками, но, кажется, что микропластик может естественным образом позволить усвоить эти гены устойчивости самостоятельно», - сказал Фам. Он отметил: «Однако присутствие антибиотиков имеет значительный мультипликативный эффект».

На микропластике было обнаружено восемь различных видов бактерий. Среди этих видов команда исследователей наблюдала два новых патогена человека, обычно связанных с респираторной инфекцией, Raoultella ornithinolytica и Stenotrophomonas maltophilia, которые часто путешествуют по микропластическим биопленкам.

Команда говорит, что наиболее распространенный штамм Novosphingobium pokkalii, обнаруживаемый на микропластике, на сегодняшний день, вероятно, является ключевым инициатором образования липкой биопленки, которая привлекает такие патогены. Поскольку штамм размножается, он может способствовать разрушению пластика и расширению биопленки. В то же время исследование команды выявило роль гена intI1, мобильного генетического элемента, который, в основном, отвечает за обмен генами устойчивости к антибиотикам между микробами, связанными с микропластиком.
 
«Мы можем думать о микропластике как о крошечных шариках, но они обеспечивают огромную площадь поверхности для проживания микробов», - пояснил Ли. «Когда эти микропластики попадают в очистные сооружения и смешиваются с илом, бактерии, такие как Novosphingobium, могут случайно прикрепляться к поверхности и выделять похожие на клей внеклеточные вещества. По мере того как другие бактерии прикрепляются к поверхности и растут, они могут даже обмениваться ДНК друг с другом. Вот как гены устойчивости к антибиотикам распространяются среди населения».

«У нас есть доказательства того, что бактерии таким же образом развивали устойчивость к другим антибиотикам, таким как аминогликозиды, бета-лактам и триметоприм», - добавил Фам.

Сейчас, по словам Ли, лаборатория продолжает изучать роль Novosphingobium в формировании биопленок на микропластике. Команда также пытается лучше понять, в какой степени такие переносящие патогены микропластики могут обходить процессы очистки воды, изучая устойчивость микропластических биопленок во время очистки сточных вод с помощью дезинфицирующих средств, таких как ультрафиолетовый свет и хлор.

«Некоторые штаты уже рассматривают новые правила использования микропластика в потребительских товарах. Всё вышесказанное требует дальнейших исследований микропластиковых биопленок в наших системах сточных вод и разработку эффективных средств удаления микропластика из водной среды», - сказал Ли.