Anja Klančnik és professora associada de biotecnologia, microbiologia i seguretat alimentària del Departament de Ciència i Tecnologia dels Aliments de la Facultat de Biotecnologia de la Universitat de Ljubljana. És interessada en el rol de la contaminació amb microplàstics en la formació de comunitats microbianes complexes, especialment quan aquestes poden passar a la cadena alimentària. Ha coordinat en aquest sentit una recerca realitzada en un àrea del nord de la Mar Adriàtica, Debeli rtič, relativament allunyada d’activitats. N’expliquen els resultats en un article aparegut aquesta setmana a la revista Science of the Total Environment, amb Živa Kolenc com a primera autora. Per microplàstics entenen partícules sòlides sintètiques de fins a 5 mm de diàmetre. Les mostres analitzades foren preses a una granja de musclos (Mytilus galloprovincialis) i consistien en aigua marina litoral i en musclos de la granja. Visualment s’isolaven els microplàstics de les mostres, que eren analitzats químicament. També s’hi feia una extracció d’ADN per fer-hi un estudi metagenòmic. La quantitat de microplàstics en la columna d’aigua era de 12,7 per metre cúbic. De mitjana, a cada musclo, trobaven 0,58 microplàstics (o, el que és el mateix, 58 microplàstics en cada 100 musclos). Kolenc et al. aconseguiren extraure prou ADN de sis partícules, cinc de l’aigua marina i una d’un musclo. En totes aquestes sis partícules trobaren indicis genòmics de la presència dels gèneres bacterians Pseudomonas i Serratia. En una de les mostres el bacteri més abundant era el gènere marí Pseudoalteromonas. En una altra mostra, Campylobacter superava el 30% d’abundància. Els microbiomes de les partícules extretes de mostres d’aigua i de la partícula extreta d’un musclo eren semblants. Kolenc et al. pensen que la colonització bacteriana d’un microplàstic és comuna tant si aquesta partícula es troba a la columna d’aigua o ja ha estat assimilada per un musclo. Això suggereix la possibilitat que alguns bacteris potencialment patògens arribin a la cadena alimentària. Ara volen aprofundir en altres aspectes de la contaminació amb microplàstics, com ara la formació de biofilms microbians, la colonització per patògens i el potencial de transmissió.
Kolenc et al. han estudiat les comunitats microbianes de microplàstics en aigua de mar i en musclos de la granja Debeli rtič, en el litoral eslovè de la Mar Adriàtica. Constaten que als microplàstics marins s’hi formen comunitats microbianes complexes, que poden constituir un vector de bacteris patògens per als musclos.
Debeli rtič, al Golf de Capodistria, fotografiat per Sl-Ziga el juliol del 2007
La contaminació per microplàstics
Živa Kolenc és assistent de recerca de la càtedra de Biotecnologia, Microbiologia i Seguretat Alimentària de la Universitat de Ljubljana. Ha redactat l’esborrany original de l’article i ha contribuït en l’anàlisi formal, la investigació i la metodologia.
Manca Kovač Viršek és assistent postdoctoral de recerca a l’Inštitut za Vode Republike Slovenije (IZVRS) i membre de Geološki zavod Slovenije (GeoZS). Ha participat en la concepció, la metodologia, els recursos, la supervisió, la redacció i l’adquisició de fons.
Anja Klančnik ha participat en la concepció, recursos, supervisió, visualització, redacció i adquisició de fons.
Nicol Janecko lidera el grup de recerca de Campylobacter en la cadena alimentària del Quadram Institute Bioscience, amb seu a Norwich. Ha participat en la metodologia, visualització, recursos, cura de dades, redacció i adquisició de fons.
Les quatre autores agraeixen Eva Lasic per la revisió de l’esborrany de l’article; a Vanja Koroša i Irma Hostnik per l’ajut tècnic; i a la companyia Prosub d.o.o. per la cooperació en el mostreig de la granja. També agraeixen a David Baker i Rhiannon Evans, de Quadram Institute, i a Andrea Telatin per l’assistència bioinformàtica.
Aquesta recerca s’ha finançat amb ajuts de l’Agència Eslovena de Recerca i Innovació, del Ministeri d’Agricultura d’Eslovènia i del Ministeri de Recursos Naturals d’Eslovènia.
Klančnik trameté l’article a la revista STOTEN el 21 de març. L’editor fou Abasiofiok Mark Ibekwe. Després d’una revisió, conclosa el 26 de juliol, l’article fou acceptat l’endemà, i publicat el dia 29.
Kolenc et al. entenen per microplàstic qualsevol partícula plàstica sòlida insoluble en aigua que no depassi els 5 mm de mida. Segons l’estàndard ISO, cal diferenciar encara entre els microplàstics de mides de 1 μm a 1000 μm (= 1 mm) i els microplàstics grossos (1-5 mm). La presència de bilions d’aquests microplàstics en l’oceà assenyala l’impacte de l’activitat humana sobre els ecosistemes marins. Els microplàstics resulten de processos de degradació de plàstics abocats al medi marí. Les superfícies dels microplàstics solen ser llises i de natura hidrofòbica, la qual cosa fa que no tinguin una càrrega elèctrica neta i acumulin ràpidament substàncies diverses, formant-hi una eco-corona de molècules orgàniques d’origen natural. L’eco-corona dels microplàstics promou el desenvolupament de biofilms bacterians. Podem parlar, doncs, d’una comunitat microbiana de ‘plastisfera’, diferent però interconnectada, amb el microbioma marí lliure (el bacterioplàncton).
Els biofilms microbians de la plastisfera varien en composició taxonòmica i en estructura, seguint el ritme de les estacions, de les zonificacions (fondària i distància al litoral) i del tipus de polímer. En la zona fòtica hi dominen els cianobacteris, damunt dels quals s’hi desenvolupa una comunitat de fotoheteròtrofs i quimioheteròtrofs.
El grup de Klančnik ha investigat en els darrers anys aspectes microbians de la contaminació amb microplàstics del nord de la Mar Adriàtica. Així han comprovat que els microplàstics poden funcionar com a vector per a bacteris potencialment patògens com Aeromonas, Haemophilus i Acinetobacter. Els organismes marins, tant del zooplàncton com del zoonècton, ingereixen microplàstics per filtració o pel consum directe de preses que en contenen. Potencialment el microbioma dels microplàstics ingerits pot afectar el microbioma originari d’aquests animals.
El musclo blau (Mytilus galloprovincialis) pot ingerir microplàstics en alimentar-se pel filtració. Models experimentals han mostrat que l’exposició del musclo a micropartícules de poliestirè té com a resultat un empobriment del seu bacterioma. Si les micropartícules són carregades de biofilms bacterians, el musclo hi respon amb el seu sistema immunitari, cosa que no fa si són micropartícules estèrils.
En aquesta recerca, Kolenc et al. treballen en una localitat relativament pristina de la Mar Adriàtica. D’una banda volen aïllar i caracteritzar microplàstics d’una granja de musclos tant en l’aigua de mar com en els mateixos animals. De l’altra volen analitzar la diversitat microbiana a partir d’una metagenòmica basada en el gen 16S.
Les mostres
Les mostres d’aigua marina foren recollides el 24 de març del 2022 en la granja de musclos de Debeli rtič. El mostreig es feia a una fondària de 3,5 metres. Es prengueren tres mostres consecutives d’1 m3 d’aigua amb un sistema format per una bomba d’aigua (Makita EW1060H), un cistell de bombeig i un sistema de filtres amb una mida de porus de 100 μm. El material recollit en el filtre era resuspès amb aigua purificada, guardat en gerres vidre prèviament esterilitzades i transportat al laboratori. Allà el guardaven a -20 °C.
En la mateixa granja, i també a 3,5 metres de fondària, es colliren 176 musclos, que foren transportats al laboratori i guardats a -20 °C.
Els musclos foren repartits entre dos estudis:
– un destinat a una digestió química encaminada a una valoració acurada de la presència de microplàstics.
– un altre destinat a un aïllament manual de microplàstics.
En total, 50 musclos foren digerits en KOH. Per fer-ho, se separava el teixit del musclo de la closca, i es barrejava amb una solució de KOH al 10% en una relació 1:3. La incubació en aquesta solució es feia a temperatura ambient durant tres dies. Després de la incubació, al solució era filtrada en membranes de niló amb una mida de porus de 20 μm. Els filtres eren examinats a l’esteromicroscopi a la recerca de microplàstics.
Uns 126 musclos i les tres mostres d’aigua foren examinades amb l’estereomicroscopi. En el cas de les mostres de musclos, primer s’examinaven les brànquies, i després amb unes pinces de precisió els altres teixits. En el cas de les mostres d’aigua, s’examinaven en plaques de Petri. Els microplàstics es caracteritzen per no presentar estructura cel·lular, ser de forma variable, presentar vores o cares abruptes, un gruix uniforme o colors distintius. Els microplàstics eren classificats en cinc tipus morfològics: 1) fragments; 2) filaments; 3) films; 4) escumes; i 5) grànuls/pèl·lets/perles. Se’ls caracteritzava, a més, segons la mida, el color i la transparència. En el cas de filaments calia diferenciar entre els sintètics i els naturals (per exemple, de cotó), i descartar aquests darrers. Val a dir, que Kolenc et al. no trobaren cap filament en les mostres de musclos.
La validació intralaboratori de l’examen de microplàstics es feia passant cada mostra per dos tècnics diferents.
Les anàlisis microbiòmiques es van fer únicament sobre fragments i filaments. Cada fragment era documentat fotogràficament, i col·locat en un tub estèril de microcentrífuga per guardar-lo congelat a -20 °C. Aquesta operació es feia en una sala neta, amb material esterilitzat. Una vegada feta l’extracció d’ADN, la mostra de microplàstic era analitzada ulteriorment per ATR-FTIR.
L’estudi metagenòmic
Es realitzaren extraccions d’ADN metagenòmic total de 21 microplàstics procedents de 4 musclos, així com de 17 microplàstics procedents de mostres d’aigua marina. L’extracció es feia amb DNeasy PowerSoil Pro Kit, de Qiagen.
Sobre aquests extractes d’ADN es preparaven genoteques per a la seqüenciació de la regió V3-V4 del gen ribosomal 16S. Això es feia amb dues rondes de PCR amb primers específics. La seqüenciació es feia en una plataforma Illumina.
Les seqüències crues dels metagenomes de cada mostra eren guardades en la plataforma IRIDA del Quadram Institute Bioscience. Seguia un processament bioinformàtic per retirar-hi les seqüències d’adaptadors i encebadors, les bases ambígues i fer les identificacions taxonòmiques.
L’estudi químic
Els filaments i fragments dels quals s’havia extret ADN eren analitzats per espectrometria ATR-FTIR. La identificació dels polímers es feia d’acord amb la llibreria espectral de Thermo Scientific, fixant un mínim de coincidència del 70%.
La caracterització morfològica i química dels microplàstics de la granja de musclos de Debeli rtič.
En les tres mostres d’aigua es recuperaren 38 microplàstics, la qual cosa suposa una concentració de 12,7 microplàstics/m3. Dels 38 microplàstics, 14 (37%) eren filaments i 24 (63%) eren fragments.
Dels 14 filaments, 5 eren mitjans (300-999 μm; 36%) i 9 eren grossos (1000-4999 μm; 64%). Dels 24 fragments, 13 eren mitjans (54%) i 11 eren grossos (46%). La majoria de fragments (12; 57%) eren blancs opacs o blaus. També ho eren la majoria de filaments (7; 50%). Hi havia dos filaments i tres fragments que eren transparents.
Per espectrometria ATR-FTIR s’identificaren 17 dels 24 fragments. Principalment consistien en clorur de polivinil (PVC, 11 de 17), seguit d’estirè de butadiè (ABS, 2 de 17), polipropilè (PP, 1 de 17), polietilè d’alta densitat (HD-PE, 1 de 17), tereftalat de polibutil (PBT, 1 de 17) i alcohol de polivinil (PVA, 1 de 17).
Dels 50 musclos digerits en KOH es recuperaren 29 microplàstics (0,58 microplàstics per cada individu). Dels 126 musclos examinats visualment es recuperaren únicament 4 microplàstics.
Els 29 microplàstics dels musclos digerits en KOH eren 25 filaments (15 filaments blaus; 16 filaments grans i 9 mitjans), 1 film i 3 fragments. El film i un fragment resultaren ser de polietilè; un altre fragment era de niló.
Els 4 microplàstics dels musclos examinats visualment eren 1 film i 3 fragments. Un dels fragments contenia metacrilat de polietil (PEMA).
Les comunitats microbianes dels microplàstics
Kolenc et al. passaren penes per extraure ADN metagenòmic total de 21 microplàstics de 4 musclos i de 17 microplàstics d’aigua marina. En la majoria de casos el contingut d’ADN era massa baix. Tan sols reeixiren en 6 fragments, dels quals 5 eren d’aigua marina (DR-zg3-f2, DR-zg2-f1, DR-zg1-f4, DR-zg3-f3, i DR-zg3-f1) i 1 de musclo (SK1). Les lectures en aquests casos anaven de 1646 a 4294. L’alfa-diversitat anava de 1,75 a 2,50 en 5 de les sis mostres, però en una d’elles no s’arribava a 0,5.
El gènere Pseudomonas eren present en totes les mostres, i en quatre d’elles superava el 70%. També era present en totes les sis mostres el gènere Serratia.
En la mostra DR-zg3-f3, Pseudoalteromonas superava el 80% d’abundància.
En la mostra DR-zg3-f1, Campylobacter era present amb més d’un 30% d’abundància.
Els altres gèneres més abundants eren Streptococcus, Lactiplantibacillus, Acinetobacter, Staphylococcus, Tenacibaculum, Haemophilus, Yersinia, Lentilacctobacillus, Enterobacter, Cutibacterium, Bacteroides, Lactobacillus i Actinomyces.
En el microplàstic aïllat d’un musclo els gèneres bacterians més abundants eren Pseudomonas, Serratia i Yersinia. Tots tres tenen espècies patògenes.
Així doncs, en una granja de musclos apartada d’Eslovènia es poden trobar microplàstics a l’aigua i als musclos, particularment de PVC, niló i polietilè. Aquests microplàstics són colonitzats per un ventall de gèneres bacterians.
Els musclos adquireixen els microplàstics en filtrar l’aigua que els envolta. Així incorporen filaments blaus grans de niló i polietilè. Aquests microplàstics disposen d’una eco-corona amb bacteris.
Mentre que en els microplàstics de l’aigua marina, Kolenc et al. detecten gammaproteobacteris, campilobacteris, bacils, cianobacteris, bacteroides i actinobacteris, en el microplàstic del musclo detecten únicament gammaproteobacteris, bacils, bacteroides i actinobacteris. Els microbiomes, però, són prou semblants. Encara que hi manca una composició específica, els noms dels gèneres evoquen patògens de transmissió per aliments i per aigua.
Lligams:
– Microbial communities on microplastics from seawater and mussels: Insights from the northern Adriatic Sea. Živa Kolenc, Manca Kovač Viršek, Anja Klančnik, Nicol Janecko. Sci. Total Environ. (2024)
Des de la Mediterrània 