Det uppskattas att ett medelstort avloppsreningsverk betjänar ungefär 400, 000 invånare kommer att skriva ut upp till 2, 000, 000 mikroplastpartiklar ut i miljön varje dag. Än, forskare lär sig fortfarande miljö- och hälsoeffekterna av dessa ultrafina plastpartiklar, mindre än 5 millimeter lång, finns i allt från kosmetika, tandkräm och kläder mikrofiber, till vår mat, luft och dricksvatten.

Nu, Forskare vid New Jersey Institute of Technology har visat att allmänt förekommande mikroplaster kan bli "nav" för antibiotikaresistenta bakterier och patogener att växa när de sköljer ner hushållens avlopp och kommer in i avloppsreningsverk - och bildar ett slemmigt lager av ansamlingar, eller biofilm, på sin yta som gör att patogena mikroorganismer och antibiotikaavfall kan fästa och komma.

I resultat publicerade i Journal of Hazardous Materials Letters , Forskare fann att vissa bakteriestammar ökade antibiotikaresistensen med upp till 30 gånger medan de levde på mikroplastbiofilmer som kan bildas inuti enheter för aktivt slam vid kommunala reningsverk.

"Ett antal nyare studier har fokuserat på de negativa effekter som miljontals ton mikroplastavfall om året har på våra sötvatten- och havmiljöer, men hittills har mikroplastens roll i våra städers reningsprocesser för avloppsvatten i stort sett varit okänd, sa Mengyan Li, docent i kemi och miljövetenskap vid NJIT och studiens motsvarande författare. "Dessa avloppsreningsverk kan vara hotspots där olika kemikalier, antibiotikaresistenta bakterier och patogener konvergerar och vad vår studie visar är att mikroplaster kan fungera som deras bärare, utgör överhängande risker för akvatisk biota och människors hälsa om de går förbi vattenbehandlingsprocessen."

"De flesta avloppsreningsverk är inte konstruerade för att ta bort mikroplaster, så att de ständigt släpps ut i den mottagande miljön, " tillade Dung Ngoc Pham, NJIT Ph.D. kandidat och första författare till studien. "Vårt mål var att undersöka om mikroplaster berikar antibiotikaresistenta bakterier från aktivt slam vid kommunala reningsverk, och i så fall, lär dig mer om de inblandade mikrobiella samhällena."

I deras studie, teamet samlade in partier av slamprover från tre reningsverk för hushållsreningsverk i norra New Jersey, inokulering av proverna i labbet med två utbredda kommersiella mikroplaster - polyeten (PE) och polystyren (PS). Teamet använde en kombination av kvantitativ PCR och nästa generations sekvenseringstekniker för att identifiera de arter av bakterier som tenderar att växa på mikroplasterna, spåra genetiska förändringar av bakterierna längs vägen.

Analysen visade att tre gener i synnerhet - sul1, sul2 och intI1 – kända för att underlätta resistens mot vanliga antibiotika, sulfonamider, visade sig vara upp till 30 gånger större på mikroplastbiofilmerna än i labbets kontrolltester med sandbiofilmer efter bara tre dagar.

När teamet spetsade proverna med antibiotika, sulfametoxazol (SMX), de fann att det ytterligare förstärkte generna för antibiotikaresistens med upp till 4,5 gånger.

"Tidigare, vi trodde att närvaron av antibiotika skulle vara nödvändig för att förbättra antibiotikaresistensgener i dessa mikroplastassocierade bakterier, men det verkar som om mikroplaster naturligt kan tillåta upptag av dessa resistensgener på egen hand." sa Pham. "Närvaron av antibiotika har dock en betydande multiplikatoreffekt."

Åtta olika arter av bakterier hittades starkt berikade på mikroplasterna. Bland dessa arter, teamet observerade två framväxande mänskliga patogener som vanligtvis är kopplade till luftvägsinfektion, Raoultella ornithinolytica och Stenotrophomonas maltophilia, liftar ofta på biofilmerna av mikroplast.

Teamet säger att den överlägset vanligaste stammen som finns på mikroplasten, Novosphingobium pokkalii, är sannolikt en nyckelinitiator för att bilda den klibbiga biofilmen som attraherar sådana patogener - när den förökar sig kan den bidra till att plasten försämras och expandera biofilmen. På samma gång, lagets studie belyste genens roll, intI1, ett mobilt genetiskt element som huvudsakligen är ansvarigt för att möjliggöra utbyte av antibiotikaresistensgener mellan mikroplastbundna mikrober.

"Vi kan tänka på mikroplaster som små pärlor, men de ger en enorm yta för mikrober att vistas, " förklarade Li. "När dessa mikroplaster kommer in i avloppsreningsverket och blandas med slam, bakterier som Novosphingobium kan oavsiktligt fästa på ytan och utsöndra limliknande extracellulära ämnen. När andra bakterier fäster på ytan och växer, de kan till och med byta DNA med varandra. Det är så antibiotikaresistensgenerna sprids bland samhället."

"Vi har bevis för att bakterierna utvecklade resistens mot andra antibiotika också på detta sätt, såsom aminoglykosid, betalaktam och trimetoprim, " tillade Pham.

Nu, Li säger att labbet ytterligare studerar Novosphingobiums roll i biofilmbildning på mikroplaster. Teamet försöker också att bättre förstå i vilken utsträckning sådan patogenbärande mikroplast kan kringgå vattenreningsprocesser, genom att studera resistens hos mikroplastbiofilmer vid rening av avloppsvatten med desinfektionsmedel som UV-ljus och klor.

"Vissa delstater överväger redan nya bestämmelser om användning av mikroplast i konsumentprodukter. Denna studie väcker krav på ytterligare undersökningar av mikroplastbiofilmer i våra avloppsvattensystem och utveckling av effektiva medel för att ta bort mikroplast i vattenmiljöer, " sa Li.