Глобальное использование пластика и его неправильная утилизация представляют собой серьезную проблему для окружающей среды и здоровья населения.
С 1964 года использование пластика увеличилось в 20 раз и по существующим оценкам в 2060 году ежегодный объем неутилизируемого мусора в мире достигнет уровня 155-265 мегатонн. Неудивительно, что значительно увеличилось количество обнаруживаемых микропластиков (МП). МП - это нерастворимые синтетические частицы или полимерные матрицы правильной или неправильной формы и размеров от микрометра до миллиметра. Основными источниками МП являются частицы полиэтилена, полипропилена и полистирола в упаковках косметических и лекарственных средств.
В некоторых странах запрещено использование первичных МП в определенных сегментах промышленности, однако МП по-прежнему образуются в результате разложения существующих пластмасс, создавая загрязнения. Эти продукты деградации, характеризуемые как вторичные МП, образуются в результате физических, химических и биологических процессов, приводящих к фрагментации пластикового мусора. Различные источники МП и различный химический состав их поверхности также приводят к тому, что они имеют разнообразную форму и размер, например, в виде гранул, волокон и фрагментов в образцах окружающей среды. В зависимости от условий, в которых пластик подвергается воздействию, и в результате изменения свойств поверхности, МП возникают как уникальный субстрат, который оказалось очень трудно контролировать.
МП проникли в различные экосистемы планеты, начиная от подводных каньонов и заканчивая вершиной Эвереста. Кроме того, сточные воды стали значительным резервуаром для МП и других антропологических отходов. Несмотря на глобальную осведомленность, МП могут сохраняться на очистных сооружениях, распространяясь в окружающую среду. Их устойчивость можно объяснить их небольшим размером, плавучестью и гидрофобными свойствами, позволяющими им прилипать к органическим веществам и избегать седиментации. Следовательно, очищенные сточные воды служат основным источником загрязнения МП в водной среде, где они накапливаются в донных отложениях и поверхностных водах и взаимодействуют с окружающими организмами. Последствия содержания МП в сточных водах многообразны, особенно с учетом их воздействия на здоровье человека.
Одновременно с этим в бактериальных популяциях по всему миру наблюдается рост резистентности к противомикробным препаратам (AMR) - способности микробов защищаться от противомикробных средств. На AMR может влиять многогранная сеть факторов, включая чрезмерное и неправильное использование антибиотиков, плохие санитарные условия и гигиена, а также загрязнение окружающей среды остатками антибиотиков в сточных водах. Последние исследования показывают, что МП также могут играть важную роль в развитии AMR. В основном это связано с их способностью аккумулировать микробные сообщества, химические загрязнители и генетический материал, содержащий гены резистентности к антимикробным препаратам (ARG), путем образования биопленок. В этих сообществах бактерий, которые растут вместе, колонизируя поверхности МП, ARG могут передаваться патогенным бактериям путем горизонтального переноса генов. Хотя установлено, что бактерии на поверхности МП являются носителями ARG, знания о развитии AMR в зависимости от свойств МП (состав, размер, концентрация и т.д.), а также их взаимодействия с различными антибиотиками ограничены.
Понимание взаимодействия между AMR и МП имеет решающее значение, особенно в местах с высоким уровнем инфекций и значительным количеством пластиковых отходов, таких как регионы с ограниченными ресурсами. Сложность лечения инфекционных заболеваний в этих районах в сочетании с неадекватной очисткой сточных вод, что может приводить к повышению концентрации МП, может способствовать наблюдаемому росту числа случаев AMR среди уязвимых групп населения. Поэтому понимание фундаментальных взаимодействий между МП и развитием AMR крайне необходимо. На сегодняшний день лишь немногие исследования изучали влияние размера, структуры и других характеристик МП на развитие лекарственной устойчивости в присутствии антибиотиков.
В данном исследовании мы изучили влияние различных характеристик МП, включая концентрацию МП, состав поверхности (между пластиком и другими материалами), размер и площадь поверхности, на развитие устойчивости к ампициллину, ципрофлоксацину, доксициклину и стрептомицину у Escherichia coli in vitro. Эти антибиотики имеют широкий спектр действия, представляют различные классы антибиотиков и легко обнаруживаются в сточных водах.
Более конкретно, мы проверили, влияет ли концентрация МП (количество пластиков/мкл), размер, площадь поверхности и состав (между типами пластиков) на
(i) только рост бактерий,
(ii) специфическую для антибиотика AMR и
(iii) множественную лекарственную устойчивость между четырьмя антибиотиками.
Затем мы изучили потенциальные механизмы, лежащие в основе различий в развитии AMR, в частности, исследовали образование биопленок. Наши результаты показывают, что МП играют важную и значительную роль в развитии AMR, поскольку они выступают в качестве новых поверхностей для формирования резистентности, связанной с биопленками. В целом, наши выводы могут обеспечить контекст для данных надзора за сточными водами и дать представление об управлении отходами и связанном с ними бремени заболеваний.
