Written by Timothy Huzar on March 30, 2021 — Fact checked by Catherine Carver, MPH
- Microplastics get washed down household drains and enter wastewater treatment plants.
- Bacteria then attach to these microplastics, creating a sludge that attracts more bacteria.
- A new study finds that this bacterial sludge contains genes that promote antibacterial resistance.
마이크로 플라스틱은 가정용 배수구로 씻어내어 폐수 처리장으로 들어갑니다.
그런 다음 박테리아가 이러한 미세 플라스틱에 부착되어 더 많은 박테리아를 끌어들이는 슬러지를 생성합니다.
새로운 연구에 따르면이 박테리아 슬러지에는 항균 저항성을 촉진하는 유전자가 포함되어 있습니다.
Scientists have demonstrated that the bacterial sludge that forms around microplastics in wastewater treatment plants contains genes that promote antibacterial resistance.
The research, which appears in the Journal of Hazardous Materials Letters, provides further evidence of the harmful effects that microplastics can have on human and environmental health.
과학자들은 폐수 처리장에서 미세 플라스틱 주위에 형성되는 박테리아 슬러지에 항균 저항성을 촉진하는 유전자가 포함되어 있음을 입증했습니다. Journal of Hazardous Materials Letters에 실린이 연구는 마이크로 플라스틱이 인간 및 환경 건강에 미칠 수있는 유해한 영향에 대한 추가 증거를 제공합니다.
Microplastics and environmental health 미세 플라스틱 및 환경 건강
Plastics are one of the defining materials of the modern world. Plastics are so prevalent that researchers have suggested their widespread presence within global archaeological formations indicates a new global epoch: the Anthropocene.
There is currently much focus on whether or not microplastics — generally understood as smaller than 5 millimeters — pose a significant threat to human and environmental health.
Some researchers have suggested there is not yet enough evidence to know what health effects microplastics may have. However, they also recognize that their potential for damaging health is significant enough that further research is urgently needed.
플라스틱은 현대 세계를 정의하는 재료 중 하나입니다. 플라스틱은 너무나 널리 퍼져있어서 연구자들은 세계 고고 학적 형성에 널리 퍼져 있다는 것이 새로운 세계 시대 인 인류 세를 암시한다고 제안했습니다. 현재 일반적으로 5mm 미만으로 이해되는 미세 플라스틱이 인간 및 환경 건강에 심각한 위협을 주는지 여부에 많은 초점이 맞춰져 있습니다. 일부 연구자들은 미세 플라스틱이 건강에 어떤 영향을 미칠 수 있는지 알 수있는 충분한 증거가 아직 없다고 제안했습니다. 그러나 그들은 또한 건강을 해칠 수있는 잠재력이 충분히 중요하여 추가 연구가 시급히 필요하다는 사실을 인식하고 있습니다.
Antibacterial resistance 항균 저항
Although research has typically focused on damage to ecosystems or human health, one area that has had less focus is the possible relationship between microplastics and antibacterial resistance.
According to a recent article by Prof. Zulqarnain Baloch and colleagues in the journal Infection and Drug Resistance, the development and use of antibiotics exploded between the 1930s and 1960s. They have saved countless lives since then, and they are still crucial to contemporary healthcare.
However, pathogens have adapted to some of the key antibiotics, developing a resistance that makes antibiotics less effective or not effective at all.
Although the development of some degree of antibacterial resistance is inevitable, a number of human-influenced factors are exacerbating it.
According to Prof. Baloch and colleagues, these include “overpopulation, enhanced global migration, increased use of antibiotics in clinics and animal production, selection pressure, poor sanitation, wildlife spread, and poor sewerage disposal systems.”
For the authors of the new study, it is at wastewater treatment plants that microplastics may play a key role in promoting antimicrobial resistance.
According to corresponding study author Dr. Mengyan Li, an associate professor of chemistry and environmental science at the New Jersey Institute of Technology (NJIT) in Newark, “[A] number of recent studies have focused on the negative impacts that millions of tons of microplastic waste a year is having on our freshwater and ocean environments, but until now, the role of microplastics in our towns’ and cities’ wastewater treatment processes has largely been unknown.”
연구는 일반적으로 생태계 또는 인간 건강에 대한 손상에 초점을 맞추고 있지만 초점이 덜한 영역 중 하나는 미세 플라스틱과 항균 저항 사이의 가능한 관계입니다. Zulqarnain Baloch 교수와 Infection and Drug Resistance 저널에 실린 동료들의 최근 기사에 따르면, 항생제의 개발과 사용은 1930 년대와 1960 년대 사이에 폭발적으로 증가했습니다. 그들은 그 이후로 수많은 생명을 구해 왔으며 여전히 현대 의료에 중요합니다. 그러나 병원균은 일부 주요 항생제에 적응하여 항생제의 효과를 떨어 뜨리거나 전혀 효과가 없게 만드는 내성을 개발했습니다.
어느 정도의 항균 저항성의 발달은 불가피하지만, 많은 인간 영향 요인이이를 악화시키고 있습니다. Baloch 교수와 동료들에 따르면, 여기에는 인구 과잉, 전 세계 이주 증가, 클리닉 및 동물 생산에서 항생제 사용 증가, 선택 압력, 열악한 위생, 야생 동물 확산 및 열악한 하수 처리 시스템이 포함됩니다. 새로운 연구의 저자들에게있어, 마이크로 플라스틱이 항균 내성을 촉진하는 데 핵심적인 역할을 할 수있는 것은 폐수 처리장에 있습니다. 해당 연구 저자 인 Dr. Mengyan Li, Newark에있는 New Jersey Institute of Technology (NJIT)의 화학 및 환경 과학 부교수에 따르면,“[A] 최근 연구는 수백만 톤의 부정적인 영향에 초점을 맞추고 있습니다. 매년 미세 플라스틱 폐기물이 우리의 담수와 해양 환경에 영향을 미치고 있지만 지금까지 우리 마을과 도시의 폐수 처리 과정에서 미세 플라스틱의 역할은 거의 알려지지 않았습니다.”
“These wastewater treatment plants can be hotspots where various chemicals, antibiotic resistant bacteria, and pathogens converge, and what our study shows is that microplastics can serve as their carriers, posing imminent risks to aquatic biota and human health if they bypass the water treatment process.”
“이러한 폐수 처리 공장은 다양한 화학 물질, 항생제 내성 박테리아 및 병원균이 수렴하는 핫스팟이 될 수 있습니다. 연구 결과에 따르면 마이크로 플라스틱이 매개체 역할을하여 수처리 과정을 우회 할 경우 수생 생물상과 인체 건강에 임박한 위험을 초래할 수 있습니다. .”
For first study author Dung Ngoc Pham, an NJIT doctoral candidate, “[M]ost wastewater treatment plants are not designed for the removal of microplastics, so they are constantly being released into the receiving environment.”
“Our goal was to investigate whether or not microplastics are enriching antibiotic resistant bacteria from activated sludge at municipal wastewater treatment plants, and if so, learn more about the microbial communities involved.”
NJIT 박사 과정 후보자 인 첫 번째 연구 저자 인 Dung Ngoc Pham은“대부분의 폐수 처리 공장은 미세 플라스틱을 제거하도록 설계되지 않았기 때문에 지속적으로 수용 환경으로 방출되고 있습니다.”라고 말했습니다. “우리의 목표는 미세 플라스틱이 도시 폐수 처리장의 활성 슬러지에서 항생제 내성 박테리아를 풍부하게하는지 여부를 조사하고, 그렇다면 관련된 미생물 군집에 대해 자세히 알아 보는 것이 었습니다.”
Analyzing two common microplastics 두 가지 일반적인 미세 플라스틱 분석
To determine to what extent microplastics might contribute to antimicrobial resistance, the researchers took samples of sludge from three domestic wastewater treatment plants in New Jersey.
In the laboratory, the team introduced polyethylene and polystyrene — two common microplastics — into samples of the sludge to which the bacteria could attach and create biofilms. They also used sand as a control material for a biofilm to form.
They analyzed the samples using quantitative polymerase chain reaction and next generation sequencing. This let them observe the growth of bacteria on the microplastics and how the genetic makeup of the bacteria changed over time.
마이크로 플라스틱이 항균 내성에 어느 정도 기여할 수 있는지 확인하기 위해 연구원들은 뉴저지에있는 3 개의 가정용 폐수 처리 공장에서 슬러지 샘플을 채취했습니다. 실험실에서 팀은 박테리아가 부착하여 생물막을 생성 할 수있는 슬러지 샘플에 폴리에틸렌과 폴리스티렌 (두 가지 일반적인 마이크로 플라스틱)을 도입했습니다. 그들은 또한 생물막이 형성되는 제어 물질로 모래를 사용했습니다. 그들은 정량 중합 효소 연쇄 반응과 차세대 시퀀싱을 사용하여 샘플을 분석했습니다. 이를 통해 미세 플라스틱에서 박테리아의 성장과 박테리아의 유전 적 구성이 시간이 지남에 따라 어떻게 변하는 지 관찰 할 수 있습니다.
Increases in 3 resistance genes 3 가지 저항성 유전자 증가
The researchers found varying results for the three genes associated with antibacterial resistance — sul1, sul2, and intI1 — depending on which microplastic they used: polyethylene or polystyrene. The results also depended on which wastewater treatment plant the sample came from.
Across the sample locations, polyethylene biofilms resulted in significant increases of almost all three resistance genes. Although polystyrene biofilms had fewer statistically significant results, this varied a lot by the location of the sample.
The researchers then added the antibiotic sulfamethoxazole, which increased the presence of antibacterial resistant genes by up to 4.5-fold.
According to Pham, “[P]reviously, we thought the presence of antibiotics would be necessary to enhance antibiotic resistance genes in these microplastic-associated bacteria, but it seems microplastics can naturally allow for uptake of these resistance genes on their own.”
“The presence of antibiotics does have a significant multiplier effect, however.”
Eight types of bacteria were highly enriched on the biofilm of the microplastics. These included Raoultella ornithinolytica and Stenotrophomonas maltophilia, which are linked to respiratory infections in humans.
The bacterium Novosphingobium pokkalii was the most common strain, and the researchers believe that it plays a key role in helping form the microplastic biofilm. Furthermore, they believe that the gene intI1 is important in enabling other genes that promote antibacterial resistance to exchange between bacteria.
As Dr. Li explains, “[W]e might think of microplastics as tiny beads, but they provide an enormous surface area for microbes to reside. When these microplastics enter the wastewater treatment plant and mix in with sludge, bacteria like Novosphingobium can accidentally attach to the surface and secrete glue-like extracellular substances.”
연구원들은 항균 저항성과 관련된 세 가지 유전자 인 sul1, sul2, intI1에 대해 그들이 사용한 마이크로 플라스틱 인 폴리에틸렌 또는 폴리스티렌에 따라 다양한 결과를 발견했습니다. 결과는 또한 샘플이 어느 폐수 처리장에서 왔는지에 따라 달라졌습니다. 샘플 위치에서 폴리에틸렌 생물막은 거의 모든 세 가지 저항성 유전자의 상당한 증가를 가져 왔습니다. 폴리스티렌 생물막은 통계적으로 유의미한 결과가 적었지만 샘플의 위치에 따라 많이 달라졌습니다.
연구진은 항생제 설파 메톡 사졸을 추가하여 항균 내성 유전자의 존재를 최대 4.5 배까지 증가 시켰습니다. Pham에 따르면,“[P] 이전에는 이러한 마이크로 플라스틱 관련 박테리아에서 항생제 내성 유전자를 향상시키기 위해 항생제의 존재가 필요하다고 생각했지만 마이크로 플라스틱은 자연스럽게 이러한 내성 유전자를 스스로 흡수 할 수있는 것으로 보입니다.” 그러나 항생제의 존재는 상당한 승수 효과를 가지고 있습니다.” 8 가지 유형의 박테리아가 마이크로 플라스틱의 생물막에서 매우 풍부 해졌습니다. 여기에는 인간의 호흡기 감염과 관련된 Raoultella ornithinolytica 및 Stenotrophomonas maltophilia가 포함되었습니다. 박테리아 Novosphingobium pokkalii가 가장 흔한 균주였으며 연구자들은 이것이 미세 플라스틱 생물막을 형성하는 데 중요한 역할을한다고 믿습니다. 또한, 그들은 intI1 유전자가 박테리아 간의 교환에 대한 항균 저항성을 촉진하는 다른 유전자를 가능하게하는 데 중요하다고 믿습니다.
Li 박사가 설명했듯이“[W] e는 미세 플라스틱을 작은 구슬로 생각할 수 있지만 미생물이 거주 할 수있는 거대한 표면적을 제공합니다. 이러한 미세 플라스틱이 폐수 처리장에 들어가 슬러지와 섞이면 Novosphingobium과 같은 박테리아가 우연히 표면에 부착되어 접착제와 같은 세포 외 물질을 분비 할 수 있습니다.”
“As other bacteria attach to the surface and grow, they can even swap DNA with each other. This is how the antibiotic resistance genes are being spread among the community.”
“다른 박테리아가 표면에 부착되어 성장함에 따라 서로 DNA를 교환 할 수도 있습니다. 이것이 항생제 내성 유전자가 지역 사회에 확산되는 방식입니다.”
The researchers now hope to investigate if and how bacteria can escape the processing at wastewater treatment plants.
For Dr. Li, “[S]ome states are already considering new regulations on the use of microplastics in consumer products.”
“This study raises calls for further investigation on microplastic biofilms in our wastewater systems and [the] development of effective means for removing microplastics in aquatic environments.”
연구진은 이제 박테리아가 폐수 처리장에서 처리 과정을 벗어날 수 있는지 여부와 방법을 조사하고자합니다. Li 박사는“[S] ome 주에서는 이미 소비자 제품의 마이크로 플라스틱 사용에 대한 새로운 규정을 고려하고 있습니다. " “이 연구는 폐수 시스템의 미세 플라스틱 생물막에 대한 추가 조사와 수생 환경에서 미세 플라스틱을 제거하기위한 효과적인 수단의 개발을 요구합니다.”
Microplastics and antibacterial resistance: What is the link?
New research shows how microplastics in wastewater plants contribute to the spread of bacteria that are resistant to antibiotics.
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