Plastisfera e microbioma: scoperti geni di resistenza agli antimicrobici sulle plastiche nei fiumi

Studio metagenomico sulla plastisfera fluviale: batteri potenzialmente patogeni e geni di resistenza agli antimicrobici.
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Plastisfera e microbioma: scoperti geni di resistenza agli antimicrobici sulle plastiche nei fiumi

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Stato dell’arte
I rifiuti plastici rappresentano un materiale, relativamente recente, che permette la colonizzazione microbica. Questa nuova nicchia ecologica, chiamata “plastisfera”, ha suscitato grande interesse nella comunità scientifica, soprattutto come potenziale fonte di microrganismi patogeni e di geni di antibioticoresistenza.

Cosa aggiunge questa ricerca
Un recente studio ha caratterizzato i profili tassonomici delle comunità microbiche che colonizzano il polietilene (PE) e, tramite i dati metagenomici, ha indagato i geni di resistenza agli antimicrobici e i fattori di virulenza codificati in queste comunità.

Conclusioni
Lo studio ha rilevato nella plastisfera fluviale batteri potenzialmente patogeni e geni di resistenza agli antimicrobici tramite la caratterizzazione metagenomica.

I rifiuti plastici rappresentano un materiale relativamente recente che, grazie alla sua globale diffusione in ambienti terrestri, acque dolci e marine, ed ambienti estremi, è diventato un habitat per una vasta gamma di microrganismi. 

Questa colonizzazione microbica della plastica ha suscitato grande interesse scientifico, soprattutto dopo l’introduzione del termine “plastisfera” coniato per definire questa nuova nicchia ecologica.

Non solo microplastiche nei mari e nei fiumi

La maggior parte delle ricerche scientifiche si è concentrata principalmente sull’analisi della colonizzazione microbica dei detriti di plastica negli ecosistemi marini, studiando l’evoluzione temporale e spaziale delle comunità microbiche su questi materiali. 

Le caratterizzazioni delle plastisfere nelle acque dolci, come fiumi e torrenti, sono relativamente limitate, nonostante questi corsi d’acqua rappresentino la principale via di ingresso della plastica nell’oceano e siano riconosciuti come potenziali fonti di patogeni. 

I fiumi, ad esempio, sono responsabili del trasporto annuale di milioni di tonnellate di rifiuti di plastica verso gli oceani. Appena i materiali plastici entrano in un corso d’acqua vengono, in pochi minuti, colonizzati dalle comunità microbiche locali; e questo processo può avere importanti implicazioni per la salute ambientale e pubblica, in quanto la plastica può favorire la proliferazione di potenziali patogeni opportunisti.

Plastisfera e antibioticoresistenza

Ulteriore aspetto preoccupante della plastisfera è la presenza diffusa, in essa, di resistenza antimicrobica (AMR, antimicrobial resistance). 

La resistenza agli antimicrobici è un problema critico per la salute umana e ambientale, in quanto direttamente correlato all’insorgenza di infezioni sostenute da batteri patogeni resistenti ai farmaci. È stato stimato che nel 2019 le infezioni legate a microrganismi resistenti agli antimicrobici abbiano causato 1,27 milioni di morti in tutto il mondo, con previsioni che indicano fino a 10 milioni di morti entro il 2050.

Le tipologie di plastica più abbondanti nell’inquinamento ambientale sono le poliolefine, come polietilene (PE) e polipropilene (PP), che sono anche quelle maggiormente prodotte a livello globale. Questi materiali galleggiano sull’acqua, il che facilita il loro trasporto, e la loro degradazione dovuta a fattori abiotici influenza la plastisfera.

Nella ricerca sulla plastisfera, le analisi delle comunità microbiche si basano principalmente su tecniche di sequenziamento di ampliconi e la valutazione della potenziale patogenicità microbica spesso viene effettuata tramite la tecnica della qPCR (PCR quantitativa in tempo reale). 

Queste tecniche, tuttavia, forniscono informazioni limitate sulla complessità delle comunità microbiche e non consentono di indagare specificamente le tassonomie che ospitano geni di resistenza agli antimicrobici o determinanti di virulenza. 

In tal senso, le analisi metagenomiche rappresentano un’opzione più promettente per ottenere una comprensione più dettagliata delle comunità microbiche e della loro plasticità genomica.

Metagenomica delle plastisfere fluviali

Un recente studio pubblicato su Microbiome ha effettuato una caratterizzazione metagenomica descrittiva delle plastisfere fluviali in situ, ed effettuato incubazioni controllate ex situ di plastica in microcosmi d’acqua dolce. 

In particolare, utilizzando le incubazioni in situ e le analisi metagenomiche, i ricercatori hanno caratterizzato i profili tassonomici delle comunità microbiche che colonizzano il polietilene (PE) in condizioni intatte e deteriorate, una superficie di controllo (legno) e l’acqua circostante. 

I dati metagenomici hanno permesso un’indagine dei geni di resistenza agli antimicrobici e dei fattori di virulenza codificati in queste comunità microbiche e, tramite le incubazioni controllate ex situ, i ricercatori hanno testato se la presenza di concentrazioni sub-inibitorie di antibiotici nell’acqua influenzava l’abbondanza di ARG sulla plastica intatta (PE e PP) e sul legno.

I risultati dello studio mostrano che il microbioma della plastica è tassonomicamente distinto e costituito da potenziali patogeni e geni di resistenza agli antimicrobici

La plastisfera ha mostrato similitudine con i biofilm che crescevano sul legno, ma si differenziava dal microbioma dell’acqua circostante. Pertanto, sebbene potenziali patogeni opportunistici (come Pseudomonas aeruginosa, Acinetobacter e Aeromonas) e sottotipi di ARG (che conferiscono resistenza a macrolidi/lincosamidi, rifamicine, sulfonamidi, agenti disinfettanti e glicopeptidi) fossero predominanti in tutti i microbiomi legati alla superficie, specialmente su plastica deteriorata, un insieme completamente diverso di potenziali patogeni (come Escherichia,  Salmonella, Klebsiella e Streptococcus) e ARG (come aminoglicosidi, tetracicline, aminocumarina, fluoroquinoloni, nitroimidazolo, oxazolidinone e fosfomicina) dominava nel compartimento planctonico. 

L’analisi dei genomi ha permesso l’assemblaggio di 215 Genomi Assemblati con Metagenomica (MAGs), collegando gli ARG e altri geni correlati alla virulenza al loro ospite. Infine, le incubazioni ex-situ utilizzando concentrazioni di antibiotici rilevanti per l’ambiente hanno aumentato la prevalenza dei corrispondenti ARG, ma i diversi compartimenti fluviali – comprese le plastisfere – sono stati influenzati in modo diverso da ciascun antibiotico.

Conclusioni

I risultati di questo studio forniscono importanti informazioni sulla capacità della plastisfera fluviale di ospitare una comunità di specifici batteri potenzialmente patogeni e di fungere da reservoir di geni di resistenza agli antimicrobici. 

Inoltre, il microbioma osservato nell’acqua circostante sottolinea l’urgente necessità, quando si valutano rischi, esposizione a patogeni ed ARG in ecosistemi influenzati dall’attività umana, di integrare l’analisi di tutti i compartimenti ambientali.

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