Mikroplastik di sungai menyebarkan mikroba yang kebal antibiotik

Dalam studi terbaru yang diterbitkan dalam jurnal Nature Water, para ilmuwan meneliti distribusi virus, interaksi inang, dan transfer gen resistensi antibiotik (ARG) pada mikroplastik menggunakan pengurutan metagenomik dan viome.

Kontaminasi mikroplastik yang terus-menerus merupakan ciri khas Antroposen, yang menimbulkan risiko kesehatan lingkungan dan publik melalui pelindian racun dan penetrasi langsung ke dalam jaringan biologis. Mikroplastik menciptakan ceruk unik untuk kolonisasi mikroba dan pertumbuhan biofilm, membentuk "plastisfer" yang terdiri dari beragam komunitas mikroba. Permukaan ini dapat memperkaya patogen secara selektif, yang berpotensi memengaruhi penularan penyakit. Meskipun ada di mana-mana, virus sebagian besar diabaikan dalam studi plastisfer, meskipun bukti terbaru menunjukkan bahwa virus bertahan pada mikroplastik dan berinteraksi dengan inang bakteri. Penelitian lebih lanjut diperlukan untuk sepenuhnya memahami dampak ekologis komunitas virus dan penularan ARG pada mikroplastik, serta implikasinya terhadap lingkungan dan kesehatan manusia.

Pada bulan Maret 2021, sebuah penelitian dilakukan terhadap dua jenis mikroplastik, polietilena (PE) dan polipropilena (PP), di Sungai Beilong di Provinsi Guangxi, Tiongkok. Lima lokasi di sepanjang sungai dipilih berdasarkan tingkat urbanisasi dan sifat fisikokimia, mulai dari daerah pedesaan hingga perkotaan. Di setiap lokasi, 2,0 g mikroplastik (PE dan PP) dan partikel alami (batu, kayu, pasir) dikulturkan dalam air sungai. Mikroplastik didisinfeksi dengan etanol 70% dan dicuci dengan air steril, sementara partikel alami disterilkan untuk menghilangkan komunitas bakteri dan virus asli. Durasi inkubasi didasarkan pada penelitian sebelumnya yang menunjukkan keberhasilan pembentukan biofilm pada plastik dalam waktu 30 hari.

Setelah inkubasi, mikroplastik, partikel alami, dan sampel air dikumpulkan dan disimpan pada suhu -20°C untuk dianalisis. Partikel besar dan herbivora disaring dan konsentrasi logam ditentukan menggunakan spektrometri emisi optik plasma yang digabungkan secara induktif. Sifat fisikokimia tambahan dan tingkat urbanisasi diukur.

DNA diekstraksi menggunakan kit FastDNA Spin dan diurutkan pada platform HiSeq X. Hasil pembacaan berkualitas tinggi diproses untuk memprediksi kerangka pembacaan terbuka dan menghilangkan gen yang berlebihan. Genom bakteri disusun dan diberi anotasi menggunakan berbagai alat bioinformatika. DNA virus diekstraksi, diperkaya, dan diurutkan untuk mengidentifikasi kontingen virus dan potensi klaster virus pada mikroplastik.

Dengan menggunakan sekuensing metagenomik, total 28.732 spesies bakteri diidentifikasi dalam sampel mikroplastik dari Cekungan Sungai Beilong. Filum yang dominan adalah Proteobacteria, Acidobacteria, Actinobacteria, dan Chloroflexi, yang mencakup 52,6% dari komunitas bakteri. Kekayaan dan kemerataan spesies tidak menunjukkan perbedaan yang signifikan menurut lokasi atau jenis mikroplastik. Komunitas bakteri inti, yang terdiri dari 25.883 spesies, mencakup 78,4% dari total spesies yang terdeteksi, dengan 12.284 spesies umum untuk semua sampel kecuali satu sampel PE. Mayoritas spesies (28.599) umum untuk mikroplastik PE dan PP, dengan 49 dan 84 spesies unik untuk PE dan PP, masing-masing.

Sekitar 0,32% spesies bakteri berpotensi menjadi patogen, dengan 91 spesies terdeteksi dalam 11 filum. Patogen yang dominan adalah Burkholderia cepacia (13,29%), Klebsiella pneumoniae (10,21%), dan Pseudomonas aeruginosa (7,59%). Efek jarak-hari yang signifikan ditemukan dalam kesamaan komunitas mikroba antar lokasi (R2 = 0,842, P < 0,001). Analisis NMDS menunjukkan perbedaan dalam struktur komunitas bakteri antara mikroplastik PE dan PP.

Untuk komunitas virus, diperoleh 226.853 hitungan, sebagian besar kurang dari 1.000 kb. Myoviridae dan Siphoviridae mendominasi, yang mencakup 58,8% kelimpahan virus. Kekayaan dan keseragaman virus tidak berbeda secara signifikan antara jenis mikroplastik. Hitungan virus diklasifikasikan ke dalam 501 genus, yang 364 di antaranya umum untuk PE dan PP. Efek jarak-hari yang signifikan ditemukan dalam komunitas virus antar lokasi. Analisis NMDS menunjukkan perbedaan dalam komunitas virus antara mikroplastik PE dan PP.

Anotasi gen fungsional dari sekuens bakteri dan virus pada mikroplastik dilakukan menggunakan berbagai basis data. Sebagian besar gen virus tidak terklasifikasi atau kurang terkarakterisasi, beberapa di antaranya terkait dengan pemrosesan informasi genetik dan proses seluler. Gen fungsional bakteri juga tidak terklasifikasi, beberapa di antaranya terkait dengan jalur metabolisme dan biosintesis. Gen resistensi logam (MRG) dan ARG ditemukan dalam sekuens virus dan bakteri, yang paling umum adalah resistensi terhadap Cu, Zn, As dan Fe.

ARG bakteri terutama mengkodekan resistensi terhadap berbagai obat, makrolida, lincosamides, dan streptogramin (MLS), dan tetrasiklin, sementara ARG virus mencakup gen resistensi terhadap trimethoprim, tetrasiklin, dan MLS. Transfer horizontal ARG dan MRG diamati antara virus dan inang bakterinya, yang menunjukkan potensi pertukaran genetik yang mendorong mikroplastik.

Studi ini menemukan perbedaan dalam komunitas bakteri dan virus yang mengkolonisasi mikroplastik dibandingkan dengan partikel alami di Sungai Beilun. Meskipun keanekaragaman tetap sama di semua lokasi, jenis mikroplastik memengaruhi komposisi komunitas. Yang terpenting, para peneliti mengidentifikasi patogen potensial dan ARG yang terkait dengan bakteri dan virus pada mikroplastik. Mereka mengamati bukti transfer gen horizontal antara virus dan bakteri, yang menunjukkan bahwa mikroplastik dapat berkontribusi pada penyebaran resistensi antimikroba di lingkungan perairan. Temuan ini menyoroti potensi risiko lingkungan dan kesehatan masyarakat yang terkait dengan polusi mikroplastik.