Si stima che un impianto di trattamento delle acque reflue di medie dimensioni che serva circa 400, 000 residenti dimetteranno fino a 2, 000, 000 particelle di microplastiche nell'ambiente ogni giorno. Ancora, i ricercatori stanno ancora imparando l'impatto ambientale e sulla salute umana di queste particelle di plastica ultrafini, meno di 5 millimetri di lunghezza, trovato in tutto, dai cosmetici, dentifricio e microfibre per abbigliamento, al nostro cibo, aria e acqua potabile.

Ora, i ricercatori del New Jersey Institute of Technology hanno dimostrato che le microplastiche onnipresenti possono diventare "centri" per la crescita di batteri e agenti patogeni resistenti agli antibiotici una volta che vengono lavati negli scarichi domestici ed entrano negli impianti di trattamento delle acque reflue, formando uno strato viscido di accumulo, o biofilm, sulla loro superficie che consente ai microrganismi patogeni e ai rifiuti antibiotici di attaccarsi e avvicinarsi.

Nei risultati pubblicati nel Journal of Hazardous Materials Letters , i ricercatori hanno scoperto che alcuni ceppi di batteri aumentavano la resistenza agli antibiotici fino a 30 volte mentre vivevano su biofilm microplastici che possono formarsi all'interno di unità a fanghi attivi negli impianti di trattamento delle acque reflue municipali.

"Un certo numero di studi recenti si sono concentrati sugli impatti negativi che milioni di tonnellate di rifiuti di microplastica hanno ogni anno sui nostri ambienti di acqua dolce e oceanica, ma fino ad ora il ruolo delle microplastiche nei processi di trattamento delle acque reflue delle nostre città era in gran parte sconosciuto, " disse Mengyan Li, professore associato di chimica e scienze ambientali presso NJIT e autore corrispondente dello studio. "Questi impianti di trattamento delle acque reflue possono essere punti caldi in cui vari prodotti chimici, batteri e agenti patogeni resistenti agli antibiotici convergono e ciò che il nostro studio mostra è che le microplastiche possono fungere da vettori, ponendo rischi imminenti per il biota acquatico e la salute umana se bypassano il processo di trattamento delle acque".

"La maggior parte degli impianti di trattamento delle acque reflue non sono progettati per la rimozione di microplastiche, quindi vengono costantemente rilasciati nell'ambiente ricevente, "aggiunse Dung Ngoc Pham, NJIT Ph.D. candidato e primo autore dello studio. "Il nostro obiettivo era indagare se le microplastiche arricchissero o meno i batteri resistenti agli antibiotici dai fanghi attivi negli impianti di trattamento delle acque reflue municipali, e se così fosse, saperne di più sulle comunità microbiche coinvolte".

Nel loro studio, il team ha raccolto lotti di campioni di fanghi da tre impianti di trattamento delle acque reflue domestiche nel nord del New Jersey, inoculare i campioni in laboratorio con due diffuse microplastiche commerciali:polietilene (PE) e polistirene (PS). Il team ha utilizzato una combinazione di PCR quantitativa e tecniche di sequenziamento di nuova generazione per identificare le specie di batteri che tendono a crescere sulle microplastiche, monitoraggio dei cambiamenti genetici dei batteri lungo il percorso.

L'analisi ha rivelato che tre geni in particolare—sul1, sul2 e intI1 - noti per aiutare la resistenza ai comuni antibiotici, sulfonamidi, sono risultati fino a 30 volte maggiori sui biofilm microplastici rispetto ai test di controllo del laboratorio utilizzando biofilm di sabbia dopo soli tre giorni.

Quando il team ha corretto i campioni con l'antibiotico, sulfametossazolo (SMX), hanno scoperto che amplificava ulteriormente i geni della resistenza agli antibiotici fino a 4,5 volte.

"In precedenza, pensavamo che la presenza di antibiotici sarebbe stata necessaria per potenziare i geni di resistenza agli antibiotici in questi batteri associati alla microplastica, ma sembra che le microplastiche possano naturalmente consentire l'assorbimento di questi geni di resistenza da sole", ha affermato Pham. "La presenza di antibiotici ha comunque un significativo effetto moltiplicatore".

Otto diverse specie di batteri sono state trovate altamente arricchite sulle microplastiche. Tra queste specie, il team ha osservato due patogeni umani emergenti tipicamente legati a infezioni respiratorie, Raoultella ornithinolytica e Stenotrophomonas maltophilia, spesso autostop sui biofilm microplastici.

Il team afferma che il ceppo più comune riscontrato sulle microplastiche di gran lunga, Novosphingobium pokkalii, è probabilmente un iniziatore chiave nella formazione del biofilm appiccicoso che attrae tali agenti patogeni, poiché prolifera può contribuire al deterioramento della plastica ed espandere il biofilm. Allo stesso tempo, lo studio del team ha evidenziato il ruolo del gene, intI1, un elemento genetico mobile principalmente responsabile dello scambio di geni di resistenza agli antibiotici tra i microbi legati alla microplastica.

"Potremmo pensare alle microplastiche come minuscole perline, ma forniscono un'enorme superficie per la residenza dei microbi, " ha spiegato Li. "Quando queste microplastiche entrano nell'impianto di trattamento delle acque reflue e si mescolano con i fanghi, batteri come Novosphingobium possono attaccarsi accidentalmente alla superficie e secernere sostanze extracellulari simili a colla. Mentre altri batteri si attaccano alla superficie e crescono, possono persino scambiare il DNA l'uno con l'altro. È così che i geni della resistenza agli antibiotici si stanno diffondendo nella comunità".

"Abbiamo prove che i batteri hanno sviluppato resistenza anche ad altri antibiotici in questo modo, come l'aminoglicoside, beta-lattamico e trimetoprim, " ha aggiunto Pham.

Ora, Li afferma che il laboratorio sta studiando ulteriormente il ruolo del novosphingobium nella formazione di biofilm sulle microplastiche. Il team sta anche cercando di capire meglio fino a che punto tali microplastiche portatrici di agenti patogeni potrebbero aggirare i processi di trattamento delle acque, studiando la resistenza dei biofilm microplastici durante il trattamento delle acque reflue con disinfettanti come luce UV e cloro.

"Alcuni stati stanno già considerando nuove normative sull'uso delle microplastiche nei prodotti di consumo. Questo studio solleva la richiesta di ulteriori indagini sui biofilm microplastici nei nostri sistemi di acque reflue e lo sviluppo di mezzi efficaci per rimuovere le microplastiche negli ambienti acquatici, " disse Li.