Czy mikroplastik sprzyja rozprzestrzenianiu się mikroorganizmów antybiotykoopornych?

Światowa Organizacja Zdrowia (WHO) określa antybiotykooporność jako jedno z najpoważniejszych zagrożeń dla zdrowia publicznego. W 2019 r. ponad 550 tys. zgonów w Europie zostało powiązanych z bakteryjną opornością na środki przeciwdrobnoustrojowe, a ponad 130 tys. zgonów lekarze bezpośrednio przypisali antybiotykooporności. Jak możemy przeciwdziałać temu niepokojącemu zjawisku?

Antybiotykooporność a mikroplastik

Siedem głównych patogenów, powiązanych z nabywaniem i przenoszeniem genów antybiotykooporności to Escherichia coli, Staphylococcus aureus, Klebsiella pneumoniae, Pseudomonas aeruginosa, Enterococcus faecium, Streptococcus pneumoniae i Acinetobacter baumannii. Badacze szacują, że w 2050 r. oporność na środki przeciwdrobnoustrojowe może powodować nawet 10 mln zgonów rocznie [1].

Problem antybiotykooporności silnie wiąże się też z zanieczyszczeniem środowiska oraz występowaniem w nim odpadów z tworzyw sztucznych, w szczególności mikro- i nanoplastików [1, 2]. Mikroplastiki, przedostając się do naturalnego środowiska, wchodzą w reakcje z różnymi specyficznymi składnikami swojego mikrosiedliska, w tym ze związkami chemicznymi obecnymi w lekach [3]. Dodatkowo powierzchniowa hydrofobowość mikroplastików sprzyja tworzeniu się biofilmów, które intensyfikują akumulację zanieczyszczeń organicznych i pośredniczą w reakcjach chemosensorycznych, a więc zmieniają wydajność sorpcji mikroplastików [4, 5].

Na przykład w badaniach z wykorzystaniem norfloksacyny (antybiotyk powszechnie stosowany w leczeniu zakażeń układu moczowego, przewodu pokarmowego, dróg oddechowych oraz skóry i tkanek miękkich) wydajność sorpcji antybiotyku na mikroplastikach wykonanych z PCV, czyli poli(chlorku winylu), wzrosła o ponad 50 proc. – o połowę więcej antybiotyku mogło zostać zgromadzone na drobinach, tworząc gorące punkty o podwyższonych stężeniach zanieczyszczeń [5]. Wykazano, że biofilmy promują zachowanie adsorpcyjne drobin tworzyw sztucznych, wpływając na ich właściwości fizyczne i chemiczne [5].

Rola biofilmów

Tworzenie biofilmów stanowi dynamiczny proces, w którym przylegające mikroorganizmy wydzielają tzw. pozakomórkową substancję polimerową. Wzrost biofilmów powoduje produkcję polisacharydów i lipidów, które ingerują w struktury chemiczne mikroplastików, zwiększając ich degradację i uwalniając zawarte w nich związki produkcyjne, np. plastyfikatory [6]. Potwierdzono, że biofilmy mikroplastików wykazują odmienne właściwości w porównaniu do biofilmów porastających nieplastikowe powierzchnie, szczególnie w środowiskach mórz, rzek i jezior.

Badania pokazują, że społeczności te są mniej zróżnicowane pod względem taksonów, ale często zawierają specyficzne rodzaje bakterii, takie jak Pseudomonas, które mogą degradować tworzywa sztuczne [5]. Na proces tworzenia się biofilmów wpływa wiele czynników, takich jak temperatura, nasłonecznienie, zawartość tlenu. Dodatkowo w systemach rzeczywistych występuje swoisty koktajl zanieczyszczeń – związków chemicznych oraz mikroplastików o różnych rozmiarach i wykonanych z różnych polimerów, co utrudnia przewidzenie ostatecznych skutków tych połączeń [6]. Dotychczas potwierdzono, że biofilmy obecne na mikroplastikach mogą wzbogacać na swojej powierzchni antybiotyki z otaczającej je wody, co z kolei promuje przenoszenie i nabywanie genów antybiotykooporności przez mikroorganizmy obecne w biofilmach [7].

Wpływ mikroplastiku na mikroorganizmy

W badaniach, których wyniki opublikowano na początku marca 2025 r. w czasopiśmie Applied and Environmental Microbiology [8] naukowcy sprawdzali, jak bakterie Escherichia coli reagują na działanie różnych stężeń i rodzajów mikroplastiku, ale w obecności popularnych antybiotyków – ampicyliny, cyprofloksacyny, doksycykliny i streptomycyny. Wyniki są niepokojące, ponieważ bakterie narażone na mikroplastik w warunkach laboratoryjnych stały się oporne na działanie wielu rodzajów antybiotyków powszechnie stosowanych w leczeniu infekcji – zyskały wielolekooporność. Biofilm, w którym skupiały się mikroorganizmy, stanowił swoistą tarczę ochroną przed niekorzystnymi czynnikami, w tym kolejnymi dawkami antybiotyków [8].

Wykazano, że wskaźnik oporności biofilmów wytworzonych na mikroplastikach był wyższy w porównaniu z innymi materiałami od 5 do 75 razy. A same bakterie wyizolowane z mikroplastików miały tendencję do tworzenia silniejszych biofilmów jeszcze przez kilkanaście dni po opuszczeniu powierzchni tworzyw sztucznych. Chociaż badań dotyczących wpływu mikroplastików na wzrost mikroorganizmów antybiotykoopornych w ostatnich latach pojawiło się wiele [2], to badacze po raz pierwszy zwrócili uwagę na upośledzoną ruchliwość mikrobów, której przyczyn można upatrywać właśnie w tworzywach sztucznych [8]. W obecności niskich stężeń antybiotyków występuje kombinatoryczny efekt między selekcją genów antybiotykoopornych a tworzeniem biofilmów, który potęguje występowanie zjawiska. Najważniejsze czynniki ze strony mikroplastików oraz biofilmów przyczyniające się do wzrostu antybiotykooporności zostały przedstawione na Rysunku 1.

Biofilmy bez wątpienia odgrywają kluczową rolę w rozprzestrzenianiu się genów antybiotykooporności. Bakterie w biofilmach wytwarzają komórki persystentne, które są metabolicznie obojętne, co jest jednym z mechanizmów unikania antybiotyków. Biofilmy działają jak schronienie dla plazmidów [8]. Dodatkowo pozakomórkowa substancja polimerowa, którą osłonięte są mikroorganizmy, zawiera liczne grupy funkcyjne o ładunku ujemnym (np. karboksylowa, hydroksylowa i fosforanowa). Zapewniają one miejsca do adsorpcji zanieczyszczeń ze środowiska i wolnych genów.

Jednak badania skupiają się w dużej mierze na roli bakterii w biofilmach, pomijając skomplikowane struktury plastisfery, które są obecne w rzeczywistych środowiskach. W środowisku naturalnym dominującą rolę mogą odgrywać algi, kontrolując skład społeczności bakterii w biofilmach. Geny antybiotykooporności w fitosferze lub otaczających je środowiskach mogą wchodzić w interakcje ze specyficznymi gatunkami, mogą być transportowane na duże odległości dzięki wyjątkowej nośności mikroplastików lub mogą trafiać do organizmów zwierząt i ludzi, przechodząc kolejne przemiany i wchodząc w nowe interakcje [9].

Jak przeciwdziałać wzrostowi antybiotykoodporności?

Musimy pamiętać, że na problem antybiotykooporności składa się wiele czynników, w tym nadużywanie i niewłaściwe stosowanie antybiotyków, a także złe warunki sanitarne i higieniczne (brak dostępu do usług wodno-kanalizacyjnych) i rosnąca presja ze strony zmiany klimatu.

dr inż. Edyta Łaskawiec – technolożka wody i ścieków, popularyzatorka nauki, autorka profilu edukacyjnego na platformie Instagram: wastewater_based.doctor oraz podcastu Około Ściekowo. Laureatka Konkursu dla Popularyzatorów Nauki POP SCIENCE Śląskiego Festiwalu Nauki Katowice 2024. Ekoedukatorka w projekcie „Laboratorium Aktywności Społecznych – Urban Lab 5D po gliwicku”.

W artykule korzystałam m.in. z:

[1] European Antimicrobial Resistance Collaborators, The burden of bacterial antimicrobial resistance in the WHO European region in 2019: a cross-country systematic analysis, Lancet Public Health, Vol. 7 2022, 897–913.

[2] Liu Y., i inni, Microplastics are a hotspot for antibiotic resistance genes: Progress and perspective, Science of The Total Environment, Vol. 773, 2021, 145643.

[3] Syranidou E., Kalogerakis N., Interactions of microplastics, antibiotics and antibiotic resistant genes within WWTPs, Science of The Total Environment, Vol. 804, 2022, 150141.

[4] Li Y-Q., Zhang Ch-M., Yuan Q-Q., Wu K., New insight into the effect of microplastics on antibiotic resistance and bacterial community of biofilm, Chemosphere, Vol. 335, 2023, 139151.

[5] Nguyen H.T., i inni, Microplastic biofilms in water treatment systems: Fate and risks of pathogenic bacteria, antibiotic-resistant bacteria, and antibiotic resistance genes, Science of The Total Environment, Vol. 892, 2023, 164523.

[6] Zheng Z., i inni, Interaction between microplastic biofilm formation and antibiotics: Effect of microplastic biofilm and its driving mechanisms on antibiotic resistance gene, Journal of Hazardous Materials, Vol. 459, 2023, 132099.

[7] Jia J., i inni, Biofilm formation on microplastics and interactions with antibiotics, antibiotic resistance genes and pathogens in aquatic environment, Eco-Environment & Health, 2024, Vol. 3, Issue 4, 516-528.

[8] Gross N., i inni, Effects of microplastic concentration, composition, and size on Escherichia coli biofilm-associated antimicrobial resistance, Environmental Microbiology, 2025: https://doi.org/10.1128/aem.02282-24

[9] Yu X., i inni, Microplastics exacerbate co-occurrence and horizontal transfer of antibiotic resistance genes, Journal of Hazardous Materials, Vol. 451, 2023, 131130.