Идеальный «патогенный» шторм: бактерии Vibrio, саргассум и пластиковый мусор

Новое исследование раскрывает, как взаимодействие между водорослями Sargassum spp., пластиковым морским мусором и бактериями Vibrio создает идеальный «патогенный» шторм, имеющий последствия как для морской жизни, так и для общественного здоровья. Бактерии Vibrio встречаются в водах по всему миру и являются основной причиной смерти людей от инфекций, связанных с морской средой.

Например, Vibrio vulnificus, иногда называемая «плотоядной» бактерией, может вызывать опасные для жизни пищевые отравления от употребления морепродуктов, а также инфекции и смерть от заражения открытых ран.

С 2011 года свободно живущие популяции бурых макроводорослей Sargassum быстро расширяются в Саргассовом море и других частях открытого океана, таких как Большой Атлантический пояс саргассума, включая частые и беспрецедентные скопления водорослей на пляжах. Пластиковый морской мусор, впервые обнаруженный в поверхностных водах Саргассова моря, стал проблемой мирового масштаба и, как известно, сохраняется в морской среде на десятилетия дольше, чем природные субстраты.

В настоящее время мало что известно об экологических отношениях вибрионов с саргассумом. Более того, не хватало геномных и метагеномных доказательств того, могут ли вибрионы, колонизирующие пластиковый мусор и саргассум, потенциально инфицировать людей.

Исследователи из Флоридского Атлантического университета и их коллеги полностью секвенировали геномы 16 культур Vibrio, выделенных из личинок угря, пластикового мусора, саргассума и проб морской воды, собранных в Карибском и Саргассовом морях северной части Атлантического океана. Они обнаружили, что патогены Vibrio обладают уникальной способностью «прилипать» к микропластику, и что эти микробы, возможно, адаптируются к пластику.

«Пластик — это новый элемент, который был внедрен в морскую среду и существует всего около 50 лет», — сказал Трейси Минсер, доктор философии, ведущий автор-корреспондент и доцент биологии. — «Наша лабораторная работа показала, что эти вибрионы чрезвычайно агрессивны и могут находить и прилипать к пластику в течение нескольких минут. Мы также обнаружили, что существуют факторы прикрепления, которые микробы используют для адгезии к пластикам, и это тот же механизм, который используют патогены».

Исследование, опубликованное в журнале Water Research, показывает, что вибрионы открытого океана представляют собой до сих пор не описанную группу микробов, некоторые из которых являются потенциально новыми видами, обладающими сочетанием генов патогенности и генов усвоения питательных веществ в условиях их дефицита, что отражает их пелагическую среду обитания, а также субстраты и хозяев, которых они колонизируют. Используя метагеномно-собранный геном (MAG), это исследование представляет первый геном Vibrio spp., собранный из пластикового мусора.

Исследование выявило гены патогенов позвоночных, тесно связанные со штаммами холерных и нехолерных бактерий. Фенотипическое тестирование культур подтвердило быстрое образование биопленки, гемолитическую и липофосфолитическую активность, что согласуется с патогенным потенциалом.

Исследователи также обнаружили, что гены токсина zonula occludens или «zot», впервые описанные у Vibrio cholerae (секретируемый токсин, повышающий проницаемость кишечника), были одними из наиболее высоко сохраняемых и селекционируемых генов у обнаруженных вибрионов. Эти вибрионы, по-видимому, проникают через кишечник, задерживаются в нем и инфицируют таким образом.

«Еще одна интересная вещь, которую мы обнаружили, — это набор генов "zot", который вызывает синдром «дырявого» кишечника», — сказал Минсер. — «Например, если рыба съедает кусок пластика и заражается этим вибрионом, что приводит к «дырявому» кишечнику и диарее, она будет выделять питательные вещества, такие как азот и фосфат, которые могут стимулировать рост саргассума и других окружающих организмов».

Результаты показывают, что некоторые Vibrio spp. в этой среде ведут «всеядный» образ жизни, нацеливаясь как на растительных, так и на животных хозяев, в сочетании со способностью выживать в олиготрофных условиях. С увеличением взаимодействия человека с саргассумом и пластиковым мусором, связанная с этими субстратами микробная флора может содержать мощные оппортунистические патогены. Важно отметить, что некоторые данные, основанные на культивировании, показывают, что выброшенный на берег саргассум, по-видимому, содержит большое количество бактерий Vibrio.

«Я не думаю, что на данный момент кто-либо действительно учитывал эти микробы и их способность вызывать инфекции», — сказал Минсер. — «Мы действительно хотим, чтобы общественность осознала эти сопутствующие риски. В частности, следует соблюдать осторожность в отношении сбора и переработки биомассы саргассума, пока риски не будут изучены более тщательно».