المواد البلاستيكية الدقيقة في الأنهار تنشر الميكروبات المقاومة للمضادات الحيوية

في دراسة حديثة نشرت في مجلة Nature Water ، قام العلماء بفحص توزيع الفيروسات، وتفاعلات المضيف، ونقل جينات مقاومة المضادات الحيوية (ARGs) على البلاستيك الدقيق باستخدام التسلسل الميتاجينومي وتسلسل الفيوم.

يُعدّ التلوث المستمر بالبلاستيك الدقيق سمةً مميزةً لعصر الأنثروبوسين، إذ يُشكّل مخاطر بيئية وصحية عامة من خلال الرشح السام والاختراق المباشر للأنسجة البيولوجية. تُنشئ البلاستيكات الدقيقة بيئاتٍ فريدةً لاستعمار الميكروبات ونمو الأغشية الحيوية، مُشكّلةً "بلاستيسفير" يضمّ مجتمعاتٍ ميكروبيةً متنوعة. يُمكن لهذه الأسطح أن تُثري مُسببات الأمراض بشكلٍ انتقائي، مما قد يُؤثّر على انتقال الأمراض. على الرغم من انتشارها الواسع، فقد تم تجاهل الفيروسات بشكلٍ كبير في دراسات البلاستيسفير، على الرغم من أن الأدلة الحديثة تُشير إلى أنها تبقى على البلاستيك الدقيق وتتفاعل مع العوائل البكتيرية. هناك حاجةٌ إلى مزيدٍ من البحث لفهم الآثار البيئية للمجتمعات الفيروسية وانتقال ARG على البلاستيك الدقيق بشكلٍ كامل، بالإضافة إلى آثارها على البيئة وصحة الإنسان.

في مارس 2021، أُجريت دراسة على نوعين من البلاستيك الدقيق، البولي إيثيلين (PE) والبولي بروبيلين (PP)، في نهر بيلونغ بمقاطعة قوانغشي، الصين. اختيرت خمسة مواقع على طول النهر بناءً على مستوى التحضر والخصائص الفيزيائية والكيميائية، تتراوح بين المناطق الريفية والحضرية. في كل موقع، استُزرع 2 غرام من البلاستيك الدقيق (PE وPP) وجزيئات طبيعية (حجر، خشب، رمل) في مياه النهر. طُهّرت البلاستيك الدقيق باستخدام 70% من الإيثانول وغُسلت بالماء المعقم، بينما عُقّمت الجزيئات الطبيعية للقضاء على التجمعات البكتيرية والفيروسية الأصلية. استندت مدة الحضانة إلى دراسات سابقة أظهرت نجاح تكوين الأغشية الحيوية على البلاستيك في غضون 30 يومًا.

بعد الحضانة، جُمعت عينات من البلاستيك الدقيق والجسيمات الطبيعية والمياه، وحُفظت في درجة حرارة -20 درجة مئوية لتحليلها. استُبعدت الجسيمات الكبيرة والحيوانات العاشبة، وحُددت تركيزات المعادن باستخدام مطيافية الانبعاث الضوئي البلازمية المقترنة حثيًا. كما قيست خصائص فيزيائية وكيميائية إضافية ومستويات التحضر.

استُخلص الحمض النووي باستخدام مجموعة FastDNA Spin، وسُلِّس على منصة HiSeq X. عولجت قراءات عالية الجودة للتنبؤ بإطارات القراءة المفتوحة وإزالة الجينات المكررة. جُمعت الجينومات البكتيرية وحُدِّدت بياناتها باستخدام أدوات معلوماتية حيوية متنوعة. استُخرج الحمض النووي الفيروسي، وأُثري، وسُلِّس لتحديد المجموعات الفيروسية المحتملة على البلاستيك الدقيق.

باستخدام التسلسل الميتاجينومي، تم تحديد ما مجموعه 28,732 نوعًا بكتيريًا في عينات البلاستيك الدقيق من حوض نهر بيلونغ. وكانت الشُعب السائدة هي البروتيوباكتريا، والحمضيات، والأكتينوبكتيريا، والكلوروفليكسي، والتي تُمثل 52.6% من مجتمع البكتيريا. ولم يُظهر ثراء الأنواع وتساويها أي اختلافات كبيرة حسب الموقع أو نوع البلاستيك الدقيق. وشكّل مجتمع البكتيريا الأساسي، المكون من 25,883 نوعًا، 78.4% من إجمالي الأنواع المكتشفة، مع وجود 12,284 نوعًا مشتركًا بين جميع العينات باستثناء عينة واحدة من البولي إيثيلين. وكانت غالبية الأنواع (28,599 نوعًا) مشتركة بين البلاستيك الدقيق من البولي إيثيلين والبولي بروبيلين، مع 49 و84 نوعًا فريدًا من البولي إيثيلين والبولي بروبيلين على التوالي.

كان ما يقرب من 0.32% من الأنواع البكتيرية مُمْرِضات محتملة، حيث تم اكتشاف 91 نوعًا في 11 شعبة. وكانت المُمْرِضات السائدة هي بوركهولدرية سيباسيا (13.29%)، وكلبسيلا رئوية (10.21%)، وسودوموناس أيروجينوزا (7.59%). وُجِد تأثير كبير للمسافة-اليوم في تشابه المجتمعات الميكروبية بين المواقع (R2 = 0.842، P < 0.001). أظهر تحليل NMDS اختلافات في بنية المجتمع البكتيري بين البلاستيك الدقيق PE وPP.

بالنسبة للمجتمعات الفيروسية، تم الحصول على 226,853 تعدادًا، معظمها أقل من 1,000 كيلو قاعدة. هيمنت الفيروسات المعوية والفيروسات السيفوية، حيث شكلتا 58.8% من وفرة الفيروسات. لم يختلف ثراء الفيروسات وتساويها بشكل كبير بين أنواع البلاستيك الدقيق. صُنفت أعداد الفيروسات إلى 501 جنسًا، منها 364 جنسًا مشتركًا بين PE وPP. وُجد تأثير كبير للمسافة اليومية في المجتمعات الفيروسية بين المواقع. أظهر تحليل NMDS اختلافات في المجتمعات الفيروسية بين البلاستيك الدقيق PE وPP.

أُجري شرحٌ للجينات الوظيفية للتسلسلات البكتيرية والفيروسية على البلاستيك الدقيق باستخدام قواعد بيانات متنوعة. كانت معظم الجينات الفيروسية غير مصنفة أو ضعيفة التوصيف، وكان بعضها مرتبطًا بمعالجة المعلومات الجينية والعمليات الخلوية. كما كانت الجينات الوظيفية البكتيرية غير مصنفة، وكان بعضها مرتبطًا بالمسارات الأيضية والتخليق الحيوي. وُجدت جينات مقاومة المعادن (MRGs) وجينات مقاومة المعادن (ARGs) في التسلسلات الفيروسية والبكتيرية، وكان أكثرها شيوعًا هو مقاومة النحاس والزنك والزرنيخ والحديد.

شَفَّرت جينات ARGs البكتيرية بشكل رئيسي مقاومةً لأدوية متعددة، مثل الماكروليدات، واللينكوساميدات، والستربتوغرامينات (MLS)، والتتراسيكلين، بينما تضمنت جينات ARGs الفيروسية جينات مقاومة للتريميثوبريم، والتتراسيكلين، والستربتوغرامينات. ولوحظ انتقال أفقي لجينات ARGs وMRGs بين الفيروسات ومضيفاتها البكتيرية، مما يشير إلى احتمال وجود جزيئات بلاستيكية دقيقة تُعزز التبادل الجيني.

وجدت الدراسة اختلافات في المجتمعات البكتيرية والفيروسية التي تستعمر البلاستيك الدقيق مقارنةً بالجسيمات الطبيعية في نهر بيلون. وعلى الرغم من تشابه التنوع في المواقع، إلا أن نوع البلاستيك الدقيق أثر على تكوين المجتمع. والأهم من ذلك، حدد الباحثون مسببات الأمراض المحتملة والعوامل المسببة للأمراض المرتبطة بالبكتيريا والفيروسات على البلاستيك الدقيق. ولاحظوا أدلة على انتقال الجينات الأفقي بين الفيروسات والبكتيريا، مما يشير إلى أن البلاستيك الدقيق قد يساهم في انتشار مقاومة مضادات الميكروبات في البيئات المائية. تُسلط هذه النتائج الضوء على المخاطر البيئية والصحية العامة المحتملة المرتبطة بتلوث البلاستيك الدقيق.