Какие патогены скрываются в 7 миллиардах тонн пластиковых отходов в мире?Какие патогены скрываются в 7 миллиардах тонн пластиковых отходов в мире?
Патогенные вирусы и устойчивые к антибиотикам бактерии процветают на пластике. В борьбе с кризисом загрязнения нельзя упускать из виду биологическую опасность этой «пластисферы».
В июне этого года более 2 000 добровольцев приняли участие в кампании «2024 Global Ocean Cleanup» и собрали около 40 тонн пластикового мусора на 80 километрах океанских просторов и побережий по всему миру от Вьетнама до Калифорнии. Несмотря на то, что добровольцы проработали неделю, подобные инициативы - это капля в океане пластиковых отходов, которые образуются ежегодно - около 400 миллионов тонн, что эквивалентно весу всех взрослых людей, живущих в настоящее время на Земле.
Множество проектов и стратегий, как национальных, так и международных, направлены на борьбу с пластиковым загрязнением. Например, в 2019 году Ассоциация государств Юго-Восточной Азии разработала Рамочную программу действий по сокращению количества морского мусора. Европейский пакт о пластике, действующий с 2021 года, объединяет 15 правительств и 82 частных предприятия с целью максимального сокращения, повторного использования и переработки пластика. А юридически обязывающий Глобальный договор ООН по пластику, который в настоящее время обсуждается в Межправительственном комитете по переговорам о загрязнении пластиком, должен быть окончательно доработан к концу этого года.
Однако один аспект часто упускается из виду - это сообщества микроорганизмов, живущих на пластиковом мусоре, который образует пластисферу. Предварительные исследования показывают, что эта созданная человеком среда обитания служит широко распространенным, мобильным резервуаром различных патогенов, но пока об этом мало что известно. Ученые, занимающиеся проблемами экологии и здоровья, связанными с загрязнением окружающей среды пластиком, призывают государственный и частный секторы составить карту микробиомов пластика, чтобы понять, как они взаимодействуют с существующими экосистемами, оценить риск, который они представляют для человека и экосистем, и разработать стратегии по снижению воздействия.
Повсеместное распространение пластиковых отходов означает, что пластисфера покрывает огромные пространства воды и суши. На сегодняшний день в мире образовалось более 7 миллиардов тонн пластиковых отходов, около 80% которых накопилось в окружающей среде. Поскольку пластиковых отходов образуется все больше, а разлагаются они крайне медленно, пластисфера быстро расширяется - это идеальное место для колонизации микроорганизмами, которые стремятся прикрепляться к поверхностям. Так, на одном квадратном сантиметре морской пластисферы было обнаружено более 80 000 диатомей.
Один грамм морского пластика может содержать в десять раз больше микробной биомассы, чем кубический метр воды в открытом океане.
Пластик состоит из различных соединений, которые могут служить питательными веществами для микробов, что, в свою очередь, может повлиять на процессы биогеохимического круговорота на суше и в воде. Например, микробы пластисферы могут быть важной частью углеродного и азотного циклов, а также стимулировать производство парниковых газов, включая углекислый газ, метан и закись азота.
В пластисфере обитают разнообразные патогены, включая вирусы и антибиотикоустойчивые бактерии, которые влияют на здоровье растений, животных и человека. Многие из этих микробов не обнаруживаются в окружающей среде. Например, бактерии Vibrio, которые обычно редко встречаются в открытом океане, широко распространены в пластисфере в северной части Атлантического океана, где они могут вызывать заболевания у морских обитателей, включая рыбу, моллюсков и кораллы, а также у людей. Гены, которые могут сделать микроорганизмы резистентными к антибиотикам, также чаще встречаются в пластисфере, чем в окружающих областях. В ней патогены выживают дольше и являются более контагиозными. Вредные водоросли, такие как Pseudonitzschia, известные тем, что производят нейротоксин домоевую кислоту, вызывающую отравление моллюсками, также, как было показано, процветают в пластисфере.
Тот факт, что пластисфера состоит из пластиковых фрагментов размером от микрометров до нескольких метров, означает, что в ней могут обитать микробиомы, которые попадают в экосистемы и пищевую цепь различными способами. Например, такие сельскохозяйственные культуры, как пшеница и салат-латук, могут напрямую поглощать пластиковые частицы субмикрометрового размера и переносить их от корней к побегам. Пластиковые частицы размером более десятков микрометров были обнаружены в различных тканях человека, таких как сонная артерия, ткани легких и толстой кишки, а также в фекалиях. Более крупные фрагменты, длиной около нескольких сантиметров, легко проглатываются животными, такими как рыбы, черепахи, птицы и наземные травоядные. Наконец, пластиковые частицы и их микробные обитатели часто перемещаются на большие расстояния, например, по торговым путям или в виде отходов, переносимых ручьями, реками и ветром, и могут нарушить естественное распределение микробных видов. Это может ускорить распространение патогенов и устойчивости к противомикробным препаратам, нарушить экосистемы и спровоцировать вспышки заболеваний.
Для количественной оценки влияния микробиомов пластика на экосистемы и их популяции, а также для прогнозирования потенциальных рисков необходимы количественные измерения. Исследователи должны сотрудничать, чтобы объединить результаты мониторинга на местах, лабораторных экспериментов и моделей, моделирующих перенос пластиковых материалов.
Крайне важно согласовать процедуры отбора проб, экспериментальные методики и инструментарий, чтобы охарактеризовать сложный генетический, микробный и метаболический ландшафт пластической сферы.
Некоторые существующие проекты и организации, такие как Глобальная инициатива по микропластику, организация Ocean Cleanup в Роттердаме, Нидерланды, Институт 5 Gyres, Калифорния, и Глобальная программа мониторинга эстуариев ООН, должны установить стандарты и протоколы в местных, региональных и глобальных масштабах. Поможет и обмен образцами и данными. Например, во время очистных работ образцы пластика и данные о загрязнении должны собираться и передаваться в соответствии со стандартизированными процедурами.
Пластик является носителем микроорганизмов, которые могут нанести вред животным, например медведям на Аляске. Фото: Martin Almqvist/Alamy
Исследователи должны стремиться точно определить местонахождение и численность патогенов, устойчивых к антибиотикам микробов и генов, связанных с пластиковыми отходами, и количественно оценить их влияние на изменение климата, например, через выброс парниковых газов. Также важно определить траекторию, динамику переноса и судьбу пластикового мусора, несущего микробиомы, в экосистемах, регионах и странах, например, от свалок к рекам и океанам, от стран-экспортеров отходов к странам-импортерам отходов. Полезным может быть изучение того, откуда берутся микроорганизмы, особенно патогены, путем анализа генетических элементов или факторов окружающей среды. А моделирование может помочь отследить экологические нарушения, вызванные увеличением концентрации и переноса пластика в экосистемах.
В настоящее время оценки рисков, связанных с загрязнением пластиком, в основном касаются эффектов, возникающих из-за физических и химических аспектов пластика - его размера, формы, типа полимера и добавок. Черепахи и тюлени запутываются в крупных фрагментах; более мелкие фрагменты могут блокировать пищеварительную систему рыб или морских птиц. Из пластика также вымываются такие вредные соединения, как бисфенол А и фталаты. Но необходимо учитывать и микробные риски, которые они представляют.
В связи с этим предлагается четыре приоритета для оценки рисков:
1. Выявление «горячих точек». Такие места, как фермы, городские реки и прибрежные зоны, являются основными источниками и поглотителями пластиковых отходов, интенсивно взаимодействуют с человеком и представляют угрозу безопасности пищевых продуктов.
2. Защита уязвимых мест. Зоны аквакультуры, рыбные хозяйства, заповедники, заказники, коралловые рифы и водно-болотные угодья играют важнейшую роль в поддержании биоразнообразия, регулировании климатических факторов и обеспечении продовольствием. Они также очень чувствительны к загрязнению и вторжению микроорганизмов.
3. Целевой транспорт. Регионы и объекты, где происходит транзит и накопление пластика, такие как эстуарии, гавани, очистные сооружения и суда, осуществляющие дальние перевозки, также нуждаются в целевых оценках риска.
4. Сфокусироваться на пищевой цепочке. Микропластик накапливается в различных продуктах питания, от листовых овощей до морепродуктов, непосредственно угрожая здоровью человека.
Такие организации, как Программа ООН по окружающей среде (UNEP), Глобальный экологический фонд в Вашингтоне, Бельмонтский форум в Монтевидео (Уругвай) и Всемирный банк, должны инициировать программы финансирования для поддержки крупномасштабных исследований и оценок. Исследования, отслеживающие потоки пластика и оценивающие его опасность для здоровья, должны быть сосредоточены на странах глобального Юга. Они часто нуждаются в улучшении потенциала по переработке отходов и обеспечении гарантий здоровья населения, а также вынуждены бороться с экспортом отходов с глобального Севера, включая Германию и Великобританию.
Соответствующие организации, финансирующие исследования, такие как Национальный фонд естественных наук Китая, Агентство по охране окружающей среды США и Horizon Europe, должны организовать совместные исследовательские мероприятия для совместного финансирования проектов с участием ученых из разных географических регионов. Научные и политические организации тоже должны действовать. Например, Межправительственная научно-политическая группа по химическим веществам, отходам и предотвращению загрязнения была создана в 2022 году в соответствии с мандатом UNEP для преодоления разрыва между наукой и политикой, а также для решения глобальных проблем, связанных с химическими отходами и загрязнением. В ее составе должно быть отделение, специально занимающееся загрязнением пластиком и рисками, связанными с пластисферами. Такой централизованный подход поможет установить стандарты, поддержать исследований и отслеживать результаты, имеющие значение для политики.
Разработчики экологической политики и регулирующие органы должны уделять первоочередное внимание управлению и контролю за пластисферами в ключевых регионах, которые исследователи относят к группе риска. Крайне важно смягчить последствия переноса микробов через глобальные сети торговли. Необходимо наладить сотрудничество между UNEP, Всемирной торговой организацией, группами, участвующими в достижении соответствующих Целей устойчивого развития ООН, Глобальным партнерством по пластиковым отходам Базельской конвенции и местными органами власти, чтобы и далее сокращать маршруты торговли. Все страны также должны работать над сокращением производства одноразового пластика и внедрением экологически чистых альтернатив.
Значительную помощь в этом окажет фокусирование на всем жизненном цикле пластмасс и переход от линейной модели (сделать - использовать - выбросить) к циклической экономике (в которой пластмассы используются повторно, перерабатываются, компостируются или подвергаются биоразложению).
Сейчас, когда ведутся переговоры по глобальному договору ООН по пластику, Межправительственный комитет по переговорам о загрязнении пластиком должен всесторонне рассмотреть экологические и медицинские риски загрязнения пластиком. Для населения, подверженного высокому риску воздействия, первостепенное значение имеют меры защиты от патогенов и резистентности к противомикробным препаратам. Органы охраны окружающей среды и здравоохранения должны расширить существующие программы обеспечения безопасности пищевых продуктов, в рамках которых уже ведется мониторинг таких загрязняющих веществ, как тяжелые металлы, пестициды и бактериальные патогены, и включить в них микропластик, а также информировать потребителей об этих потенциальных рисках. Для работников, занятых сбором мусора на свалках и в сфере переработки пластиковых отходов, работодатели должны предоставлять индивидуальные средства защиты, надбавки к зарплате и регулярные медицинские осмотры.
Ученые и экспертные группы должны создать международный некоммерческий форум по проблеме загрязнения пластиком, который будет способствовать обмену результатами исследований и стимулировать сотрудничество между учеными, политиками, частными заинтересованными сторонами и общественностью. Организации, которые могут послужить образцом для подражания, существуют в различных областях - например, Глобальное водное партнерство в Стокгольме. Наконец, специалисты по научной коммуникации и средства массовой информации должны информировать общественность о существующих рисках и любых мерах по их снижению, предпринимаемых государственными и частными организациями.
Для борьбы с микробными рисками, связанными с пластисферой, необходима единая глобальная стратегия, а переговоры ООН по договору о пластике должны подтолкнуть к конкретным действиям.
