Jingqiu Liao, apulaisprofessori Virginian teknillisen yliopiston rakennustekniikan ja ekologian laitoksella, tämä aiheuttaa lisäongelmia ihmisten terveyden suojelussa, koska nanoplasti ei ainoastaan altista ihmisiä suoraan myrkyllisille epäpuhtauksille, vaan myös edistää ympäristössä sellaisten patogeenisten mikro-organismien selviytymistä, jotka pystyvät vastustamaan tavanomaisia desinfiointiprosesseja, mikä voi vaikuttaa tautien leviämiseen.
Water Research -lehdessä julkaistu tutkimus, jonka on tehnyt Liao johtama kansainvälinen ryhmä, keskittyy nanoplastiikan vaikutukseen bakteeribiofilmin muodostumiseen juomaveden jakelujärjestelmissä. Tutkimuksessa korostetaan, että biofilmin lisääntynyt mekaaninen lujuus ja sen kyky vastustaa desinfiointiaineita uhkaavat puhdistuslaitosten tehokkuutta, koska ne edistävät patogeenisten mikro-organismien säilymistä vesijohtoputkissa.
Tutkimus osoittaa, että nanoplastin vuorovaikutus mikro-organismien kanssa edistää patogeenisten mikro-organismien säilymistä vesijohtoputkissa, mikä on lisäeste puhdistuslaitoksissa käytettävien sanitaatiotoimenpiteiden tehokkuudelle.
Tämän seurauksena saniteettivalvonnan tehtävänä on paitsi poistaa muovi tai patogeenit, myös voittaa näiden materiaalien vuorovaikutuksesta vesistössä syntyvä vastustus, Liao totesi keskustelussa Virginian polyteknisen yliopiston edustajien kanssa.
Nanomuovi, mikroplastin pienin fraktio, on kooltaan yhdestä tuhanteen nanometriin, minkä vuoksi sitä ei voi havaita paljaalla silmällä. Toisin kuin suuremmat mikromuovihiukkaset, nämä pienet fragmentit voivat läpäistä puhdistusjärjestelmien fysikaaliset ja kemialliset esteet, mikä helpottaa niiden kosketusta biologisten yhteisöjen kanssa, jotka asuttavat putkia ja juomaveden kanavien pintoja.
Tutkijat ovat tutkineet, kuinka nämä hiukkaset edistävät biofilmin muodostumista ja vahvistumista – yhteisöjä, joissa erilaiset bakteerit selviävät ja ovat vuorovaikutuksessa keskenään, luoden suojaavan matriisin, joka suojaa niitä vihamieliseltä ympäristöltä.
Biofilmit, jotka tunnetaan kyvystään tarttua putkien sisäpintoihin, voivat joissakin tilanteissa olla hyödyllisiä epäpuhtauksien poistamisessa. Jos ne kuitenkin sisältävät patogeenisiä bakteereja, kuten Escherichia coli tai Pseudomonas aeruginosa, ne ovat suora uhka ihmisten terveydelle. Lisäksi nämä bakteerikeskittymät toimivat turvapaikkana viruksille, jotka tunnetaan nimellä bakteriofagit ja joiden vuorovaikutusta nanoplastin kanssa ei ole tutkittu yksityiskohtaisesti ennen tätä tutkimusta.
Tutkimuksen tulokset paljastavat joukon monimutkaisia reaktioita nanomuoville altistuneiden biofilmin sisällä. Toisaalta bakteerit vahvistavat lajien välistä viestintää ja erittävät yhdisteitä, jotka vahvistavat biofilmin eheyttä ja tiheyttä.
Toisaalta on havaittu, että ”profagot aktivoituvat tuhoamalla bakteerisolut, joissa ne sijaitsevat, ja tuottamalla uusia viruspartikkeleita”, kuten pääraportissa kuvataan. Tämä viruskierto vahvistaa bakteeriyhteisön geneettistä dynamiikkaa ja sopeutumiskykyä.
Samanaikaisesti bakteerit aktivoivat puolustusjärjestelmät, kuten CRISPR (Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats), jotka antavat niiden hyökätä bakteriofageja vastaan tekemällä tarkkoja leikkauksia niiden geneettiseen DNA:han tai RNA:han. Tämäntyyppinen antiviraalinen suojaus edistää biofilmin kestävyyttä, mikä vaikeuttaa sen tuhoamista entisestään.
Nanomuovin vuorovaikutus mikro-organismien kanssa lisää merkittävästi mikrobien aiheuttamia riskejä, koska Liao mukaan ”nanomuovi voi edistää biofilmin muodostumista, jota on vaikea poistaa joidenkin vedenkäsittely- ja vedenjakelujärjestelmien pinnoilta”. Puhdistamoille tämä tarkoittaa, että perinteiset klooraus- tai otsonointiin perustuvat desinfiointimenetelmät voivat osoittautua riittämättömiksi, mikä edellyttää puhdistusprotokollien tarkistamista.
Kuten Liao totesi Virginian polyteknisen yliopiston haastattelussa, on vielä paljon tehtävää, jotta voitaisiin ymmärtää tarkat molekyylimekanismit, jotka määräävät nämä ekologiset reaktiot monilajisissa biofilmeissä niiden vuorovaikutuksessa nanoplastin kanssa. Tässä yhteydessä hän korostaa keskeistä eroa mikroplastista, joka on kooltaan suurempi ja jonka vaikutus biofilmeihin integroituneisiin mikro-organismeihin ja viruksiin voi olla huomattavasti erilainen kuin nanoplastin vaikutus. ”Muovihiukkasten koko voi määrittää bakteeri- ja virusyhteisöjen dynamiikkaan vedessä kohdistuvien vaikutusten tyypin ja laajuuden”, Liao totesi.
Tieteellisellä alalla Liaon asiantuntemus mikrobien ekologiasta ja metagenomianalyysistä auttaa häntä ratkaisemaan näitä uusia ongelmia. Hän sai äskettäin Scaling-Up-apurahan insinööritieteiden tiedekunnalta, joka tukee hänen tutkimustaan determinististen ja stokastisten prosessien vaikutuksesta maaperän bakteeri-ekotyyppien rakenteeseen, kuten hän kuvailee Nature Communications -lehdessä julkaistussa artikkelissaan.
Kuten kirjoittajat huomauttavat, Water Research -lehdessä julkaistun uuden tutkimuksen tärkeimmät johtopäätökset korostavat kiireellistä tarvetta ottaa huomioon vesistöissä esiintyvien nanoplastien mikrobiriskit sen lisäksi, että näiden aineiden suora vaara ihmisten terveydelle on jo tunnettu.
Erityisesti biofilmin kasvava resistenssi desinfiointiaineille vaikeuttaa tavoitteen saavuttamista, joka on taudinaiheuttajista vapaa juomavesi, ja lisää tarvetta tutkia parempia tai erityisempiä puhdistustekniikoita.
”Tuloksemme antavat uuden näkökulman nanoplastien ja bakteerien ja faagien vuorovaikutuksen dynamiikkaan, korostaen nanoplastien sisältämän veden aiheuttamia lisääntyneitä mikrobiriskiä”, Liao totesi.
Tutkimusryhmä päätyi siihen tulokseen, että molekyylimekanismien syvällisempi ymmärtäminen mahdollistaa tehokkaampien strategioiden kehittämisen sekä veden puhdistamiseksi että vaarallisten mikro-organismien torjumiseksi.
Samalla he huomauttavat, että nanoplastin kestävyys ja kertyminen vesiekosysteemeihin on yksi huolestuttavimmista ympäristöongelmista, koska sen vuorovaikutus mikrobiotan kanssa voi olla seurauksia, joita ei ole vielä täysin tutkittu, sekä terveydelle että vesihuollon teknologisille järjestelmille.
