Новое исследование раскрывает тревожное количество механизмов, которые на протяжении всего жизненного цикла пластика могут усиливать или распространять устойчивость к противомикробным препаратам (УПП).
Пластиковое загрязнение, устойчивость к противомикробным препаратам и изменение климата — одни из самых серьёзных глобальных проблем, с которыми сталкивается общество. Однако исследования и усилия по смягчению последствий часто не связаны между собой.
Ежегодно производятся и используются огромные объёмы пластмасс. По оценкам, в 2020 году в мире было произведено 376 миллионов метрических тонн пластика, причём почти четверть мирового пластикового мусора неправильно утилизируется или становится littered (мусором).
Из-за своей долговечности пластик будет оставаться в окружающей среде на протяжении столетий, создавая множество угроз для людей, животных и глобальных экосистем.
Устойчивость к противомикробным препаратам — одна из самых серьёзных угроз для современной медицины. В 2019 году было зарегистрировано около 4,95 миллиона смертей во всём мире, связанных с бактериальной устойчивостью к противомикробным препаратам. По прогнозам, к 2050 году инфекции, устойчивые к лекарствам, станут основной причиной смертности в мире, если их не остановить.
Исторически сложилось так, что УПП в основном рассматривалась как клиническая проблема, связанная со здоровьем человека. Однако теперь признаётся, что окружающая среда играет важную роль в появлении и распространении микробов, устойчивых к противомикробным препаратам. Предыдущие исследования показали, что пластиковый мусор, вероятно, способствует этому.
С учётом изменения климата, для которого накапливается всё больше доказательств, связывающих изменение климата с появлением и эволюцией УПП, крайне важно, чтобы исследования лучше понимали взаимосвязь между этими проблемами.
Эмили Стивенсон, ведущий автор и исследователь со степенью доктора философии в Университете Эксетера и Плимутской морской лаборатории, сказала: «Подчёркивая взаимодействие между пластиком на разных этапах жизненного цикла и УПП в условиях меняющегося климата, можно более целенаправленно направлять усилия по исследованиям и смягчению последствий, а также разрабатывать решения для решения этих проблем параллельно, такие как реформированное управление, взаимосвязанные политики или совместные системы мониторинга».
Комплексное исследование, опубликованное в Journal of Hazardous Materials, изучило различные точки соприкосновения между пластиком на разных этапах жизненного цикла и УПП.
Пластик на основе нефти производится из нефтепродуктов, которые начинают свою жизнь как ископаемое топливо, включая сырую нефть, природный газ и уголь. Ископаемое топливо часто транспортируется с места добычи на нефтеперерабатывающие заводы по трубам, обработанным биоцидами. Биоциды, используемые для уничтожения или контроля биологических организмов, широко известны своей способностью способствовать развитию УПП.
Недавние исследования показали, что частицы выхлопных газов дизельного топлива и бензина индуцируют зависимое от концентрации увеличение горизонтального переноса генов УПП у Escherichia coli.
На этапе производства пластмасс, предназначенных для потребительского рынка, для придания пластмассам желаемых свойств часто физически добавляются различные добавки, включая пластификаторы, наполнители, УФ-стабилизаторы, антипирены, антиоксиданты, красители и биоциды.
Недавно опубликованная база данных «Химические вещества, связанные с пластиковой упаковкой» перечисляет 906 химических веществ, которые, вероятно, связаны с пластиковой упаковкой, и ещё 3377 веществ, которые могут быть связаны. Многие из химических веществ были признаны опасными как для здоровья человека, так и для окружающей среды, согласно Европейскому химическому агентству. Среди них были известные биоциды, включая триклозан, который может способствовать развитию УПП путём косвенного отбора.
База данных также показывает, что тяжёлые металлы, используемые в качестве добавок в пластмассах и пластиковой упаковке, ответственны за косвенный отбор УПП, а также за их способность поддерживать ко- или перекрёстную резистентность ко многим антибактериальным агентам.
Воздействие на человека этих химических веществ может увеличить косвенный отбор УПП в организме человека, например, в микробиоме кишечника или верхних дыхательных путях.
Один из потенциальных путей воздействия — следы тяжёлых металлов, которые, как было обнаружено, диффундируют из пластиковой упаковки в содержащуюся в ней пищу. Исследования показывают, что горячие продукты могут увеличивать концентрацию загрязняющих веществ, вымывающихся из полимера, и что металлы диффундируют с большей скоростью из пластиковых контейнеров в пищу, чем из бумажных контейнеров.
Металлоид сурьма, соединение, часто используемое в качестве антипирена в потребительских пластмассах, но известное тем, что способствует неудаче лечения из-за УПП, может выщелачиваться из переработанных пластиковых бутылок, достигая уровней, превышающих максимальный предел загрязнения, установленный Агентством по охране окружающей среды США.
Дополнительные опасения вызывает сбор отходов из различных источников. Если заражённые медицинские отходы объединяются с отходами из других источников, это может создать путь для транспортировки и передачи патогенов или генов УПП клинического происхождения, которые могут сохраняться на отходах в виде биоплёнок.
Свалки широко упоминаются как очаги бактерий УПП и устойчивых генов. Это не только представляет потенциальный путь воздействия, но и вызывает обеспокоенность для окружающей среды. Фильтраты со свалок могут увеличить распространённость УПП в средах, прилегающих к свалкам, включая почвы, сельскохозяйственные угодья и скот, сточные воды, грунтовые воды и аэрозоли.
Материалы, предназначенные для переработки, также обычно обрабатываются моющими средствами, дезинфицирующими средствами или биоцидами перед переработкой. Остаточные загрязнители могут сохраняться в отходах и попадать в окружающую среду, подвергая микробные сообщества воздействию этих агентов и, следовательно, поддерживая косвенный отбор УПП.
Микробиологические сообщества широко документированы как колонизирующие пластиковые отходы в окружающей среде, известные как «Пластисфера». Эти сообщества были обнаружены как отличные от окружающей их микробной среды. «Пластисфера» была предложена в качестве пула как патогенных, так и устойчивых к противомикробным препаратам организмов, которые могут быть перенесены в новые или нетронутые среды, проглочены дикими животными или даже увеличить воздействие на человека, когда они оказываются на пляжах для купания.
Профессор Пенни Линдеке, соавтор статьи и руководитель группы морской экологии и общества в Плимутской морской лаборатории, добавила: «УПП также может быть непреднамеренным драйвером производства, использования и загрязнения пластиком. Например, спрос на одноразовые пластмассы для обеспечения стерильности в клиниках может увеличить количество пластиковых отходов. Кроме того, микробные пандемии, такие как COVID-19, увеличили использование одноразового пластикового СИЗ, в результате чего огромное количество отходов образовалось из выброшенных масок и перчаток».
Это исследование выявило несколько теоретических связей между пластиком и УПП, которые требуют непосредственного изучения, и определило следующие нерешённые исследовательские вопросы:
— Проведение исследований для проверки предложенных механизмов.
— Использование данных из этих исследований для информирования междисциплинарных усилий по разработке устойчивых альтернатив пластику и крупномасштабных программ мониторинга.
Предоставлено Плимутской морской лабораторией.