S-a descoperit că microplasticele promovează rezistența la antibiotice în bacterii

Utilizarea intensivă a plasticului și gestionarea inadecvată a deșeurilor constituie o problemă majoră de mediu și sănătate publică. Se estimează că, până în 2060, cantitatea anuală de deșeuri plastice necontrolate va atinge între 155 și 265 de megatone. Această creștere masivă a utilizării plasticului a dus la o contaminare extinsă cu microplastice (MPs) – particule sintetice cu dimensiuni între 1 µm și 5 mm, provenite din degradarea plasticului existent sau din surse primare, precum polietilenă (PE), polipropilenă (PP) și polistiren (PS).
Microplasticele s-au infiltrat în toate ecosistemele, de la canioane submarine la vârful Everestului, fiind dificil de eliminat din mediu. Un rezervor major de microplastice este reprezentat de ape uzate, unde particulele persistă chiar și după tratarea apelor reziduale, ajungând în sedimente și habitate acvatice. Aceasta este o problemă critică, deoarece microplasticele interacționează cu organismele, inclusiv cu bacteriile, modificând răspunsul antimicrobian și favorizând rezistența la antibiotice (AMR).

În paralel, rezistența antimicrobiană a devenit o amenințare globală, determinată de utilizarea excesivă a antibioticelor, condiții de igienă precare și contaminarea mediului cu reziduuri farmaceutice. Cercetări recente sugerează că microplasticele contribuie la dezvoltarea rezistenței bacteriene, servind ca suport pentru formarea biofilmelor bacteriene, în care genele de rezistență antimicrobiană (ARGs) sunt transferate între bacterii prin transfer orizontal de gene.

Studiul publicat în Applied and Environmental Microbiology a investigat impactul caracteristicilor microplasticelor (dimensiune, compoziție, concentrație) asupra dezvoltării rezistenței antimicrobiene în biofilmele de Escherichia coli, în prezența unor antibiotice larg utilizate: ampicilină, ciprofloxacină, doxiciclină și streptomicină.

Metodologie

Selecția microplasticelor și a bacteriei testate

Studiul a utilizat tulpina Escherichia coli MG1655 și diferite tipuri de microplastice: sfere de polistiren (PS) cu diametre de 5 µm, 10 µm și 500 µm, precum și particule de polietilenă (PE) și polipropilenă (PP). Cultivarea bacteriilor s-a realizat în mediu lichid de creștere LB, la 37°C, în condiții de agitare constantă.

Testarea impactului microplasticelor asupra dezvoltării bacteriene

Pentru a evalua efectul concentrației de microplastice asupra creșterii bacteriene, E. coli a fost expusă la diferite concentrații de MPs (100–15.000 MPs/µL) timp de 24 de ore, iar numărul de unități formatoare de colonii (CFU/mL) a fost determinat prin plată pe medii solide.

Evaluarea rezistenței antimicrobiene

S-au realizat teste de concentrație minimă inhibitorie (MIC) pentru a evalua efectul microplasticelor asupra dezvoltării rezistenței antimicrobiene:

• Bacteriile au fost expuse la subdoze de antibiotice, fie în prezența microplasticelor, fie în absența acestora.
• După 10 zile, bacteriile au fost testate pentru modificările MIC la cele patru antibiotice studiate.
• Pentru evaluarea persistenței rezistenței, bacteriile au fost cultivate fără antibiotice timp de 5 zile, pentru a determina dacă rezistența dobândită se menține.

Evaluarea biofilmelor și analiza microscopică

Pentru a înțelege mecanismul rezistenței, s-au analizat biofilmele formate pe microplastice utilizând:

• Microscopie confocală cu laser pentru vizualizarea bacteriilor atașate de MPs.
• Testarea capacității de formare a biofilmelor prin colorarea cu cristal violet.
• Teste de motilitate bacteriană, având în vedere că o mobilitate redusă este corelată cu formarea mai intensă a biofilmelor.

Rezultate și discuții

Microplasticele afectează creșterea bacteriană la concentrații mari

După 1 oră de expunere, concentrațiile variate de microplastice nu au influențat semnificativ creșterea bacteriană. Totuși, după 24 de ore, concentrațiile mari de MPs (10.000–15.000 MPs/µL) au redus semnificativ densitatea bacteriană, sugerând un efect de stres asupra bacteriilor.

Expunerea la microplastice crește rezistența antimicrobiană

Bacteriile expuse la microplastice fără antibiotice au dezvoltat o rezistență mai mare decât cele cultivate în medii fără MPs. Cele mai mari creșteri ale MIC au fost observate pentru ciprofloxacină, doxiciclină și streptomicină, atingând o rezistență de aproape 100 de ori mai mare după 10 zile.

În prezența atât a antibioticelor, cât și a microplasticelor, bacteriile au dobândit rezistență multidrog (MDR) de până la 171 de ori mai mare decât în grupurile de control.

Caracteristicile microplasticelor influențează rezistența bacteriană

• Dimensiunea microplasticelor nu a influențat semnificativ rata de creștere a rezistenței.
• Compoziția plasticului a fost determinantă, cu PS generând cea mai mare rezistență față de PP și PE.
• Compararea între plastic și sticlă a arătat că PS favorizează biofilmele mult mai mult decât sticla, indicând că plasticul este un substrat special pentru selectarea bacteriilor rezistente.

Biofilmele sunt principalul mecanism de selecție a bacteriilor rezistente

• Microscopia confocală a arătat că bacteriile atașate pe microplastice formează biofilme dense, în timp ce cele de pe sticlă au avut o distribuție mai dispersată.
• Testele de formare a biofilmelor au confirmat că bacteriile expuse la MPs au format biofilme mai dense decât cele cultivate în mediu normal.
• Motilitatea bacteriană a fost redusă în prezența MPs, ceea ce este corelat cu tendința de formare a biofilmelor.

Concluzii

Acest studiu demonstrează că microplasticele contribuie la dezvoltarea rezistenței antimicrobiene, servind ca suport pentru biofilmele bacteriene, unde se facilitează transferul genelor de rezistență. Principalele concluzii includ:

• Expunerea la microplastice favorizează selecția bacteriilor rezistente chiar și în absența antibioticelor.
• Microplasticele din polistiren (PS) au avut cel mai mare impact asupra rezistenței, comparativ cu PE și PP.
• Biofilmele sunt principalul factor de creștere a rezistenței, demonstrând că microplasticele sunt un substrat favorabil pentru bacteriile rezistente.

În contextul crizei globale a rezistenței antimicrobiene, aceste descoperiri subliniază necesitatea monitorizării microplasticelor în mediu și a implementării unor strategii de gestionare a deșeurilor plastice pentru a limita impactul acestora asupra sănătății publice.