Ми всі завалені пластиковими фрагментами, багато з яких мають розмір від мікрометра до одного нанометра. Вплив цих крихітних «нанопластиків» на здоров’я досі значною мірою невідомий, але їх нескінченно малий розмір та поширеність у навколишньому середовищі роблять ці синтетичні фрагменти потенційно величезною загрозою – і не лише для людей. Фактично, навіть не лише для організмів з такими складними клітинами, як наші. Згідно з новим дослідженням, нанопластик також, здається, викликає стрес для патогенних бактерій E. coli.
Це може здатися корисним для нас, у сенсі «ворог мого ворога – мій друг», але все не так просто, як показує дослідження. Нанопластики суттєво не вплинули на виживання кишкової палички (E. coli), хоча й вплинули на інші характеристики бактерій, такі як розвиток біоплівки та загальний ріст. Мабуть, найважливіше для нас те, що вплив нанопластиків, очевидно, спонукає E. coli ставати більш вірулентною. Дослідження пропонує новий погляд на цю динаміку, каже старший автор Пратік Банерджі, молекулярний мікробіолог кафедри харчових наук та харчування людини в Університеті Іллінойсу Урбана-Шампейн.
«Інші дослідження оцінювали взаємодію нанопластику та бактерій, але поки що наше є першим, яке розглядає вплив мікропластику та нанопластику на патогенні бактерії людини», — каже Банерджі .
Дослідники зосередилися на кишковій паличці O157:H7 – сумнозвісному патогені, який часто пов’язують зі спалахами харчових отруєнь – і створили нанопластики з полістиролу, синтетичного полімеру та одного з найпоширеніших видів пластику. Вони виявили, що нанопластики з позитивно зарядженою поверхнею частіше викликають фізіологічний стрес у цього серотипу E. coli, що провокує захисну реакцію. Стресовані бактерії виробляють додатковий шига-подібний токсин, їхню характерну хвороботворну хімічну речовину.
Через негативний поверхневий заряд бактерій дослідники підозрювали, що позитивно заряджені нанопластики можуть завдати шкоди кишковій паличці. Вони перевірили це, наносячи на частинки позитивний, нейтральний або негативний заряд перед тим, як вводити їх у кишкову паличку.
«Ми почали з поверхневого заряду. Пластики мають величезну здатність адсорбувати хімічні речовини. Кожна хімічна речовина має різний вплив на поверхневий заряд, залежно від того, скільки хімічної речовини адсорбується та на який саме пластик вона поглинається», – каже Банерджі .
«У цій статті ми не розглядали вплив самих хімічних речовин – це наше наступне дослідження – але це перший крок до розуміння того, як поверхневий заряд пластику впливає на патогенну реакцію кишкової палички », – додає він.
Дослідження показало, що окрім вироблення більшої кількості токсинів, вільно плаваючі бактерії повільніше розмножувалися при контакті з позитивно зарядженими нанопластиками та повільніше колективно утворювали біоплівки при першому контакті із зарядженими пластиками.
Збирання в біоплівку може запропонувати унікальні переваги для бактерій, включаючи формування захисного позаклітинного покриття. Хоча попередні дослідження вивчали вплив нанопластику на вільно плаваючі бактерії, мало що відомо про те, як нанопластик впливає на біоплівки. З огляду на важливість біоплівок у реальних умовах, автори нового дослідження сподівалися дізнатися, як нанопластики впливають на кишкову паличку в цьому стані. Вони зробили це, надавши бактеріям поверхню для колонізації, зачекавши тиждень-два для формування біоплівки, а потім додавши заряджені нанопластики.
Навіть у біоплівці бактерії все одно відчували стрес при впливі позитивно заряджених нанопластиків і все одно виробляли додатковий токсин, подібний до Шига. Крім того, позитивно або негативно заряджені умови впливали на зміни в генах вірулентності.
«Біоплівки — це дуже міцна бактеріальна структура, яку важко викорінити. Вони є великою проблемою в медичній галузі, утворюючись на таких вставках, як катетери чи імплантати, а також у харчовій промисловості», — каже Банерджі . «Однією з наших цілей було побачити, що відбувається, коли цей людський патоген, який зазвичай передається через їжу, стикається з цими нанопластиками з точки зору біоплівки», – каже він.
Звісно ж, підвищена вірулентність є зловісною ознакою патогена, який вже відповідає за поширені харчові захворювання. За словами дослідників, для розвитку цих висновків та висвітлення різних способів, якими забруднення нанопластиком може впливати на кишкову паличку, а також на інші патогенні бактерії, знадобляться додаткові дослідження. Дослідження було опубліковано в Journal of Nanobiotechnology.