Τα νανοπλαστικά είναι ήδη ανησυχητικά επειδή οι άνθρωποι μπορούν να τα καταπιούν απευθείας, αλλά νέα έρευνα υποδεικνύει έναν άλλο πιθανό κίνδυνο. Αυτά τα μικροσκοπικά πλαστικά σωματίδια μπορούν να κάνουν πιο δύσκολο τον έλεγχο των επιβλαβών βακτηρίων.
Σε μια μελέτη που δημοσιεύτηκε από τον Dr Έρευνα για το νερόΟ ερευνητής της Virginia Tech Jingqiu Liao και μια διεθνής ομάδα ανακάλυψαν ότι τα νανοπλαστικά μπορούν να αλληλεπιδράσουν με περιβαλλοντικά μικρόβια με τρόπους που μπορεί να θέτουν έμμεσους κινδύνους για την ανθρώπινη υγεία, ιδιαίτερα μέσω του συστήματος πόσιμου νερού.
«Είναι πολύ σημαντικό να κατανοήσουμε καλύτερα τις δυσμενείς επιπτώσεις των νανοπλαστικών στην ανθρώπινη υγεία, και όχι μόνο στον άνθρωπο, αλλά και στο περιβάλλον που επηρεάζει έμμεσα την ανθρώπινη υγεία», δήλωσε ο Liao, επίκουρος καθηγητής Πολιτικής και Περιβαλλοντικής Μηχανικής. «Τα νανοπλαστικά μπορούν να επιβιώσουν καλύτερα από παθογόνα ανθεκτικά στα αντιμικροβιακά, τα οποία μπορεί να είναι επιβλαβή για το περιβάλλον και να έχουν επιπτώσεις στη δημόσια υγεία».
Η νανοπλαστική επεξεργασία νερού μπορεί να είναι περίπλοκη
Οι ερευνητές αναφέρουν ότι τα βακτήρια που εκτίθενται σε νανοπλαστικά μπορεί να γίνουν πιο ανθεκτικά στα απολυμαντικά. Αυτό μπορεί να δημιουργήσει σοβαρά προβλήματα για τις εγκαταστάσεις επεξεργασίας νερού και τα δίκτυα διανομής που έχουν σχεδιαστεί για να διατηρούν το πόσιμο νερό ασφαλές.
«Όταν τα νανοπλαστικά αλληλεπιδρούν με τα βιοφίλμ και τα βακτήρια μέσα σε αυτά, μπορούν να ενισχύσουν το βιοφίλμ και να το κάνουν πιο ανθεκτικό σε κάθε είδους δράση για να διατηρηθεί το νερό καθαρό», δήλωσε ο Liao, ο οποίος συνδέεται με το Global Change Center στο Fralin Life Sciences Institute.
Ο Jingqiu Liao είναι επίκουρος καθηγητής στο Τμήμα Πολιτικών Μηχανικών και Μηχανικών Περιβάλλοντος. Peter Means Photo για το Virginia Tech.
Τα νανοπλαστικά είναι μια μικρή κατηγορία μικροπλαστικών. Έχουν μέγεθος από ένα έως 1.000 νανόμετρα και δεν φαίνονται με γυμνό μάτι. Σε αυτή τη μελέτη, οι ερευνητές εξέτασαν πώς αυτά τα σωματίδια επηρεάζουν το σχηματισμό βιοφίλμ μέσα στα συστήματα πόσιμου νερού.
Πώς σχηματίζονται τα βακτηριακά βιοφίλμ
Τα βιοφίλμ είναι ομάδες βακτηρίων που προσκολλώνται σε επιφάνειες, συμπεριλαμβανομένων των εσωτερικών τοιχωμάτων των σωλήνων νερού. Τα μικρόβια δημιουργούν ένα προστατευτικό στρώμα γύρω τους που βοηθά στην προστασία των κοινοτήτων από περιβαλλοντικές απειλές.
Τα βιοφίλμ δεν είναι πάντα επιβλαβή. Σε ορισμένες ρυθμίσεις, μπορούν να βοηθήσουν στην απομάκρυνση ανεπιθύμητων ουσιών. Στο εσωτερικό των συστημάτων διανομής πόσιμου νερού, ωστόσο, μπορεί να αποτελέσουν κίνδυνο επειδή ορισμένα από τα βακτήρια που περιέχουν μπορεί να προκαλέσουν ασθένειες.
Το πρόβλημα περιπλέκεται περαιτέρω από τους βακτηριοφάγους, που είναι ιοί που μολύνουν βακτήρια. Πριν από αυτή την έρευνα, οι επιστήμονες γνώριζαν σχετικά λίγα για το πώς τα νανοπλαστικά βιοφίλμ θα μπορούσαν να επηρεάσουν τη σχέση μεταξύ βακτηρίων και αυτών των ιών.
«Ο πρωταρχικός μηχανισμός που μας ενδιέφερε ιδιαίτερα ήταν πώς αλληλεπιδρούν μεταξύ τους τα βακτήρια και οι βακτηριοφάγοι κατά τη διάρκεια της διαδικασίας όταν τα νανοπλαστικά επηρεάζουν το βιοφίλμ στο σύνολό του», δήλωσε ο Liao από το Fralin Life Sciences Institute for Emerging, Zoonotic and Arthropod-Borne Pathogens.
Μελέτες για μικρόβια και αντοχή στα αντιβιοτικά
Η Liao ειδικεύεται στη μικροβιακή οικολογία και στη μεταγονιδιωματική ανάλυση. Η προηγούμενη εργασία του διερεύνησε πώς το έδαφος συμβάλλει στη διάδοση της αντοχής στα αντιβιοτικά.
Πρόσφατα έλαβε ένα βραβείο Scaling Scholarship μέσω της Πρωτοβουλίας Major Grants του College of Engineering για εργασία που σχετίζεται με τη δημοσίευση Nature Communications, “Διαφορικοί ρόλοι ντετερμινιστικών και στοχαστικών διεργασιών στη διαμόρφωση εδαφών βακτηριακών οικοτύπων σε χερσαία οικοσυστήματα”.
Τα νανοπλαστικά πυροδοτούν πολλαπλές βακτηριακές αποκρίσεις
Οι ερευνητές μελέτησαν ένα βιοφίλμ που σχηματίστηκε από το E. coli και το Pseudomonas aeruginosa. Όταν το βιοφίλμ έρχεται σε επαφή με το νανοπλαστικό, τα βακτήρια αντιδρούν με διάφορους τρόπους:
Διαφορετικά βακτήρια «μιλούν» μεταξύ τους και απελευθερώνουν ουσίες που κάνουν το βιοφίλμ παχύτερο, βαρύτερο και πιο προστατευτικό.
Οι προφάγοι, οι οποίοι είναι φάγοι που εισάγουν το δικό τους γονιδίωμα (DNA) στο γονιδίωμα του βακτηριακού ξενιστή, γίνονται ενεργοί. Καταστρέφουν τα μόνιμα βακτηριακά κύτταρα ενώ παράγουν μεγάλο αριθμό νέων σωματιδίων του ιού.
Τα βακτήρια αμύνονται ενάντια στους προφάγους χρησιμοποιώντας ομαδοποιημένες τακτικά διακεκομμένες σύντομες παλινδρομικές επαναλήψεις (CRISPR) σε μόρια DNA ή RNA για να στοχεύσουν τους ιούς ως μέρος ενός αντιιικού αμυντικού συστήματος.
Ένα διάγραμμα τριών αποκρίσεων από βακτήρια όταν τα νανοπλαστικά εκτίθενται σε βιοφίλμ. Φωτογραφία ευγενική προσφορά του Jingqiu Liao.
Τα στερεά βιοφίλμ μπορεί να απειλήσουν τα συστήματα νερού
Μελέτες έχουν δείξει ότι η έκθεση σε νανοπλαστικά αυξάνει τη φυσική δύναμη του βιοφίλμ και το καθιστά πιο ανθεκτικό στα απολυμαντικά.
Οι συγγραφείς κατέληξαν στο συμπέρασμα ότι «η αυξημένη μηχανική αντοχή και αντοχή των βιοφίλμ στα απολυμαντικά αποτελεί μια πιθανή πρόκληση για τα συστήματα επεξεργασίας και διανομής νερού, καθώς τα νανοπλαστικά μπορεί να ενισχύσουν το σχηματισμό βιοφίλμ που αφαιρούνται από τα στερεά στην επιφάνεια ορισμένων συστημάτων επεξεργασίας και διανομής νερού».
Αυτά τα αποτελέσματα υποδηλώνουν ότι τα νανοπλαστικά μπορεί να διευκολύνουν την ανάπτυξη επίμονων βιοφίλμ σε επιφάνειες που χρησιμοποιούνται στην επεξεργασία και διανομή νερού, αυξάνοντας τη δυσκολία αφαίρεσής τους.
Χρειάζεται περισσότερη έρευνα
Ο Liao είπε ότι χρειάζονται πρόσθετες μελέτες για τον εντοπισμό των μοριακών μηχανισμών που οδηγούν τις αποκρίσεις σε πολύπλοκα βιοφίλμ πολλαπλών μικροβιακών ειδών.
Σημείωσε επίσης ότι το μέγεθος των σωματιδίων μπορεί να παίξει σημαντικό ρόλο. Τα μικροπλαστικά είναι μεγαλύτερα από τα νανοπλαστικά και μπορούν να επηρεάσουν τις αλληλεπιδράσεις μεταξύ βακτηρίων και φάγων με διαφορετικούς τρόπους.
«Συνολικά, τα ευρήματά μας παρέχουν νέες ιδέες για την αλληλεπίδραση μεταξύ νανοπλαστικών και δυναμικής βακτηριακής φάσης, υπογραμμίζοντας τους μικροβιακούς κινδύνους που σχετίζονται με τα νανοπλαστικά που μεταφέρονται στο νερό», δήλωσε ο Liao.
Άλλοι ερευνητές στη μελέτη περιλαμβάνουν τα ακόλουθα:
- Haibo Wang, Αναπληρωτής Καθηγητής, Ερευνητικό Κέντρο για Οικο-Περιβαλλοντικές Επιστήμες, Κινεζική Ακαδημία Επιστημών, Πεκίνο, Κίνα
- Hui Chen, Associate Research Fellow, Ερευνητικό Κέντρο για Οικο-Περιβαλλοντικές Επιστήμες, Κινεζική Ακαδημία Επιστημών, Πεκίνο, Κίνα
- Chujin Ruan, Μεταδιδακτορικός Συνεργάτης, Περιβαλλοντική Μικροβιολογία, Ελβετικό Ομοσπονδιακό Ινστιτούτο Υδατικής Επιστήμης και Τεχνολογίας, Dubendorf, Ελβετία
- Corey Schwarz, μεταδιδακτορικός συνεργάτης, Πολιτική και Περιβαλλοντική Μηχανική και Ινστιτούτο Rice Water, Πανεπιστήμιο Rice, Τέξας
- Bao Shi, Καθηγητής, Ερευνητικό Κέντρο για Οικο-Περιβαλλοντικές Επιστήμες, Κινεζική Ακαδημία Επιστημών, Πεκίνο, Κίνα
- Pedro JJ Alvarez, Καθηγητής Πολιτικής και Περιβαλλοντικής Μηχανικής και Rice Water Institute, Rice University, Texas
- Pingfeng Yu, Μεταδιδακτορικός Συνεργάτης, Κολλέγιο Επιστημών Περιβάλλοντος και Πόρων, Πανεπιστήμιο Zhejiang, Hangzhou, Κίνα
