Microplastics werken antibioticaresistentie in de hand

Dat bacteriën zich best thuis voelen op microplastics, was al bekend. Nu blijkt dat dat deze minuscule plastic deeltjes een ideaal platform vormen voor micro-organismen om genetisch materiaal uit te wisselen, waaronder genen die verantwoordelijk zijn voor antibioticaresistentie.

Bacteriën houden van vaste grond onder hun voeten. Het overgrote deel hecht zich aan een oppervlakte, en de bacteriën die dat niet doen, zijn op zoek naar een oppervlakte, zo vertelt Pedro Alvarez, als professor verbonden aan RICE University, Houston, en gespecialiseerd in het raakvlak tussen bio- als nanotechnologie.

'Het biedt hen een evolutionair voordeel. Er zijn meer voedingsstoffen aanwezig op een vast oppervlakte, en de nabijheid van andere bacteriën stelt hen in staat genen uit te wisselen en zich zo beter aan te passen aan hun omgeving. Er zijn aanwijzingen dat microplastics erg aantrekkelijk zijn voor bacteriën, onder meer door hun elektrostatische aantrekking, maar gezien de enorme variëteit aan types microplastics hebben we daar geen duidelijk beeld over.'

Niet alleen bacteriën surfen mee op microplastics. Ook bijvoorbeeld zware metalen hechten zich aan de deeltjes. Alvarez en zijn team vonden echter ook los genetisch materiaal. 'Daartussen zitten ook genen van ziekteverwekkers en genen die antibioticaresistentie veroorzaken.'

Genenruil

Horizontale genenoverdracht is een proces waarbij genetisch materiaal van het ene organisme overgedragen wordt naar een ander, zonder dat het gaat om generaties van dezelfde soort. Onder micro-organismen komt een dergelijke uitwisseling van genen vaak voor. Resistentie tegen antibiotica verspreidt zich in belangrijke mate via horizontale genenuitwisseling.

Microplastics vormen een ideale omgeving om genen uit te wisselen, omdat bacteriën er graag samenhokken. Maar er speelt ook iets anders, aldus Alvarez. 'In het afbraakproces van plastics komen chemicaliën vrij, zogenoemde depolymerisatiechemicaliën. Die chemische componenten  maken het celmembraan van bacteriën meer doordringbaar. Daardoor zijn ze eerder geneigd om genetisch materiaal uit te wisselen. Het effect van die chemicaliën op bacteriën, en het feit dat ze zich graag op oppervlaktes nestelen, maakt van microplastics een ideale omgeving om genen over te dragen.'

Toch is het onverwacht dat genetisch materiaal verantwoordelijk voor antibioticaresistentie op microplastics uitgewisseld wordt. Er zijn immers geen antibiotica aanwezig die bacteriën uitschakelen en dus een evolutionaire druk leggen op micro-organismen om zich daaraan aan te passen. 'Dat klopt,' vertelt Alvarez. 'Een precieze verklaring daarvoor ontbreekt. Maar antibiotica is maar één element waartegen bacteriën zich dienen te verdedigen. Zo vormen zware metalen evengoed een bedreiging. Bacteriën hebben componenten die deze zware metalen uit de cel verwijderen, en  dat kunnen ze ook met antibiotica. Er zit dus een overlapping in de genetische respons tegen beide bedreigingen.'

'Maar een sluitende verklaring is dat niet. We zien dat ook in andere omgevingen waar geen antibiotica aanwezig is, de genen voor resistentie aanwezig blijven, zij het in mindere mate. Ondanks de energie die het kost om dit resistentiemechanisme te behouden, blijft het endemisch aanwezig.'

Zowel antibioticaresistentie als de verspreiding van microplastics vormen een groeiende probleem. Hoeveel zorgen baart de relatie tussen beide? 'Moeilijk te zeggen. Maar het is een fenomeen dat  meer aandacht verdient, zeker in de wetenschap dat de hoeveelheid plastic in onze omgeving alleen maar toeneemt.'