微塑料成为抗药性细菌和病原体的“枢纽”

一次使用面部去角质剂可以将5,000-100,000的微塑料释放到环境中。

据估计，一个服务于大约40万居民的中等规模的废水处理厂每天将向环境排放多达200万个微塑料颗粒。然而，研究人员仍在学习这些长度小于5毫米的超细塑料颗粒对环境和人类健康的影响，从化妆品，牙膏和衣物超细纤维到我们的食物，空气和饮用水，发现的长度都在5毫米以下。

现在，新泽西理工学院的研究人员表明，无处不在的微塑料一旦冲入生活污水并进入废水处理厂，便会成为抗药性细菌和病原体生长的“枢纽”，形成一层粘稠的生物膜或生物膜，在它们的表面上，使病原微生物和抗生素废物附着并混合在一起。

在发表在《爱思唯尔危险材料快报》上的研究结果中，研究人员发现，某些细菌菌株生活在微塑料生物膜上时，其抗生素抗性提高了多达30倍，而这些生物膜可以在市政废水处理厂的活性污泥单元内形成。

“最近的许多研究集中于每年数以百万计的微塑料废物对我们的淡水和海洋环境的负面影响，但到目前为止，微塑料在我们城镇的废水处理过程中的作用一直是新泽西理工学院化学与环境科学副教授，该研究的通讯作者李梦妍说。这些废水处理厂可能是各种化学品，抗抗生素细菌和病原体汇合的热点，而我们的研究表明，微塑料可以作为载体，如果绕过水处理过程，将对水生生物和人类健康构成迫在眉睫的风险。 ”

NJIT博士Dung Ngoc Pham补充说：“大多数废水处理厂不是为去除微塑料而设计的，因此它们会不断释放到接收环境中。”研究的候选人和第一作者。“我们的目标是调查市政污水处理厂中微塑料是否正在从活性污泥中富集抗药性细菌，如果是，请更多地了解所涉及的微生物群落。”

显微镜图像显示附着在聚乙烯微塑料上的生物膜。白色箭头指向生物膜。比例尺代表10µ m长。

在他们的研究中，研究小组从新泽西州北部的三个家庭废水处理厂中收集了一批污泥样品，并在实验室中用两种广泛使用的商用微塑料（聚乙烯（PE）和聚苯乙烯（PS））接种了这些样品。该团队结合使用了定量PCR和下一代测序技术，以鉴定易于在微塑料上生长的细菌种类，并跟踪细菌的遗传变化。

分析显示，发现三个特别是对普通抗生素磺酰胺有抗性的基因sul1，sul2和intI1在微型塑料生物膜上的活性比在实验室使用沙子生物膜的对照试验中高出多达30倍。天。

当研究小组向样品中加入抗生素磺胺甲恶唑（SMX）时，他们发现它进一步将抗生素抗性基因扩增了多达4.5倍。

“以前，我们认为抗生素的存在对于增强这些与微生物相关的细菌中的抗生素抗性基因是必要的，但看起来微塑料自然可以自然地吸收这些抗性基因。”潘说。“但是，抗生素的确具有显着的增效作用。”

发现八种不同种类的细菌高度富含微塑料。在这些物种中，研究小组观察到两种典型的与呼吸道感染有关的新兴人类病原体：劳尔氏菌和嗜麦芽窄食单胞菌，常在微生物膜上搭便车。

研究小组说，到目前为止，在微塑料上发现的最常见的菌株是新孢子虫，它可能是形成吸引此类病原体的粘性生物膜的主要引发剂，因为这种生物膜扩散时，可能会导致塑料变质并扩大生物膜。同时，该小组的研究强调了该基因intI1的作用，该基因是一种移动遗传元件，主要负责使结合有抗微生物剂的微生物之间交换抗生素抗性基因。

Li解释说：“我们可能会将微塑料视为微小的珠子，但它们为微生物提供了巨大的表面积。”“当这些微塑料进入废水处理厂并与污泥混合时，新孢子菌等细菌可能会意外附着在表面并分泌胶状细胞外物质。随着其他细菌附着到表面并生长，它们甚至可以相互交换DNA。这就是抗生素抗性基因在社区中传播的方式。”

“我们有证据表明，这种细菌也对其他抗生素产生了抗药性，例如氨基糖苷，β-内酰胺和甲氧苄氨嘧啶，” Pham补充道。

李说，现在实验室正在进一步研究新孢子菌在微塑料上生物膜形成中的作用。该团队还通过研究在用诸如紫外线和氯气等消毒剂进行废水处理过程中微生物生物膜的抗性，从而寻求更好地理解这种携带病原体的微生物在多大程度上绕过水处理过程。

“一些州已经在考虑在消费产品中使用微塑料的新法规。这项研究呼吁我们进一步研究废水系统中的微塑料生物膜，并开发出有效的方法来去除水生环境中的微塑料。”

参考：Dung Ngoc Pham，Lerone Clark和Mengyan Li于2021年1月15日在《危险物质快报》上发表了“以微塑料为中心，丰富了城市活性污泥中的抗生素抗性细菌和病原体”。
10.1016 / j.hazl.2021.100014