Микропластик способствует распространению вирусов в воде

Зимин Андрей Антонович
с.н.с., к.б.н., Институт биохимии и физиологии микроорганизмов им. Г.К. Скрябина Российской академии наук
– обособленное подразделение ФГБУН «Федеральный исследовательский центр «Пущинский научный центр биологических исследований Российской академии наук»

Современное развитие промышленности и урбанизация привели к загрязнению пресных и морских вод микропластиком (0,1 мкм ~ 5 мм). Возникли экологические риски переноса микропластика, его токсичности для живых организмов во всем мире. Производство пластика увеличилось более чем в 20 раз за последние полвека. Широкое его применение и неправильная утилизация способствовали повсеместному распространению пластикового мусора в различных водных системах, таких как сточные воды, морские и пресные воды. В частности, 95-99% микрочастиц, полученных из выброшенного пластика, можно найти в неочищенных сточных водах.
и станции по очистке сточных вод стали основными реципиентами микропластика, поступающего с промышленных предприятий, свалок, бытовых сточных вод и ливневых вод. Распространение и количество частиц микропластика на очистных сооружениях тесно связаны с деятельностью человека и городской агломерацией. Показано, что содержание микропластика в морских водах колеблется от десятков до тысяч частиц на кубический метр, а большинство морских организмов контаминировано до сотен частиц микропластика на особь. Даже в пресной воде часто обнаруживаются микрочастицы полипропилена, полиэтилена, полистирола и полиэтилентерефталата (ПЭТ), на долю которых приходится 70% от общего количества частиц микропластика. Кроме того, все реки, озера и даже ледники загрязнены микропластиком. Ввиду рисков для окружающей среды существует повышенная токсичность из-за присутствия микропластика, что создает множество новых угроз для людей и других живых организмов. Частицы микропластика имеют гидрофобные поверхности, и, вероятно, могут является переносчиками как других токсичных веществ, так и патогенных микроорганизмов.

Микропластик в сточных водах и поверхностных водах океана быстро колонизируется бактериями, с образованием микробной биопленки. Можно предположить, что такие пластисферные бактериальные и бактериально-вирусные сообщества сохраняются дольше и могут распространяться дальше в окружающей среде и могут действовать как переносчики патогенов человека и сельскохозяйственных животных, особенно в связи с тем, что микропластик, попадающий на очистные сооружения, подвергается воздействию высоких концентраций патогенных бактерий. Однако вероятность того, что вирусные патогены человека будут прочно связаны с пластисферой, никогда ранее не оценивалась количественно.

Две группы ученых из Университета Стерлинга в Великобритании и Бранденбургской медицинской школы им. Теодора Фонтане и Зенфтенберга в ФРГ (1) исследовали это явление с использованием безоболочечного кишечного вируса, возбудителя диареи, ротавируса (RV) SA11, и бактериофаг Phi6 , имеющего оболочку. Исследователи оценили количественно связывание этих вирусов с частицами микропластика, возможность извлечения их из гранул микропластика, колонизированных биопленкой, при трех различных способах обработки воды при её очистке в станциях по очистки сточных вод и также исследовали эти процессы для поверхностных морских вод.

Подпись. Частицы вируса Phi6 , имеющего оболочку, сорбированные на бактериальной ворсинке
(Фото из диссертации: Brian E.Ford Pseudomonas Bacteriophage Phi6 as a Model for Virus.
The City University of New York 2015)

Оба вируса хорошо связывались с частицами микропластика, покрытого бактериальной пленкой. Вирусы, связанные с гранулами, колонизированными биопленкой, были более устойчивыми к самым различным химическим и физическим воздействиям, применяемым при очистки сточных вод по сравнению с вирусами, оставшимися в воде, не содержащей частиц микропластика. Способные к инфекции культуры клеток инфекционные частицы вируса RV оставались стабильными в течение 48-часов. Сохранность вируса Phi6 была меньшей и его жизнеспособность снижалась примерно в 15 раз, тогда как жизнеспособность суспензии этого вируса в отсуствии микропластика снижалась в 1000 и более раз. То есть, вирусные частицы были защищены от факторов инактивации при связывании с биопленкой на поверхностях микропластика и при высокой концентрации твердых частиц в жидкой фазе. Способность частиц микропластика постоянно выделять в окружающее водное пространство инфекционные вирусы как с оболочкой, так и без оболочки из колонизированных гранул микропластика подчеркивает дополнительный потенциальный риск для здоровья населения, связанный с загрязнением поверхностных вод микропластиком и последующее развитие бактериальной и вирусной составляющей на поверхности этих пластиковых микрочастиц.

Австралийские ученые из Университета Квинсленда (2) исследовали адсорбционые способности микропластика с использованием в качестве модельного вируса классического бактериофага Т4. Оказалось, что полистироловые микрочастицы сорбируют до 98,6 ± 0,2% вирусов добавленных в воду, и такая адсорбция зависит от размера и поверхностных функциональных групп пластиковых частиц. И инфракрасная спектроскопия с преобразованием Фурье, и конфокальная микроскопия с флуоресцентной меткой подтвердили, что вирус может успешно адсорбироваться на микропластике. Характеристика дзета-потенциала показала, что электростатическое взаимодействие является основным механизмом адсорбции вирусов. Было обнаружено, что искусственное УФ-старение микропластика увеличивает адсорбционную способность для вирусов. Было обнаружено, что как чистый, так и состаренный ультрафиолетом микропластик значительно продлевает инфекционность адсорбированных вирусов даже при повышенных температурах. В совокупности эти результаты подчеркивают, что микропластик связан с биологическими рисками передачи вируса через воду посредством адсорбции вируса.

Таким образом частицы микропластика, как покрытые бактериальной пленкой, так и свободные от неё эффективно сорбируют вирусы и могут дополнительно способствовать их широкому распространению в природных пресных и морских водах. Частицы микропластика могут способствовать значительно более долгому сохранению инфекционной способных вирусов природе, предохраняя их от различных химических и физических воздействий.

Использованная литература

1. Moresco V, Charatzidou A, Oliver DM, Weidmann M, Matallana-Surget S, Quilliam RS. Binding, recovery, and infectiousness of enveloped and non-enveloped viruses associated with plastic pollution in surface water. Environ Pollut. 2022 Sep 1;308:119594. doi: 10.1016/j.envpol.2022.119594.

2. Lu J, Yu Z, Ngiam L, Guo J. Microplastics as potential carriers of viruses could prolong virus survival and infectivity. Water Res. 2022 Oct 15;225:119115. doi: 10.1016/j.watres.2022.119115.