Impact of marine microplastic associated biofilms on environmental and human health

Marmib undersøker effekten av mikroplast på spredning av antimikrobielle resistente bakterier i havet ved hjelp av et verdensomspennende konsortium fra Norge, Estland, Tyskland, Sør-Afrika, Vietnam og Costa Rica. I prosjektet har prosjektpartnerne utviklet en stålanordning for utplassering av mikroplast i havet over hele kloden, og disse inkubasjonene er nå avsluttet i Norge, Tyskland, Estland, Costa Rica og pågår i Sør-Afrika, som vil fullføre dette i høst (sørafrikansk vår). For å øke datapunktene og videre analysere standardiserte eksperimentelle oppsett med mikroplastbiofilm, er det gjort en tilnærming ved bruk av inkubasjon med lokalt sjøvann. Alle prøvene sendes nå til Oslo for DNA-ekstraksjoner og sekvensering i november 2024. Vi vil da bruke prøvene i vår bioinformatiske pipelinen på github. Etter et 2-måneders besøk av postdoktor Dr. Franck Lejzerowicz til MarMib-samarbeidsparter University of Costa Rica (UCR), ble den bioinformatiske analysepakken utviklet i MarMib, installert på UCR-superdatamaskinen og kjørt for oppdage plasmider og antibiotikaresistensgener. Dette inkluderte en nyere metode som tillater påvisning av genakkumulering på plasmider og den overraskende oppdagelsen av berikelser av metall- og antibiotikaresistens. Denne oppdagelsen er rapportert i en forskningsartikkel sendt til Nature Microbiology 25. september 2024. Samarbeid med NOAAs Atlantic Oceanographic and Meteorological Laboratory ble igangsatt og resulterte i at masterstudent Kristian Have Furnes ble med på R/V Langseth-toktet "GO-SHIP A13.5" (Cape Town - Kapp Verde, 1. februar til 23. mars 2024)) for å utføre et mikroplastisk inkubasjonseksperiment som komplementerer in vitro-eksperimentet utført på alle MarMib-nettverkssteder samtidig. Furnes vil fullføre sin mastergrad i oktober 2024. Et gjennombrudd for MarMib ville være å skille mikroplast fra komplekse miljøprøver. Derfor genererte vi materiale for en innovativ sorteringsteknologi med høy gjennomstrømning (COPAS, Union Biometrica) koblet til en KI utviklet av våre samarbeidspartnere Prof Camila Filgueiras (University of North Carolina Asheville) og Dr Denis Willett (North Carolina State University). Mikroplaststøv ble sendt til North Carolina i juli og de første testresultatene er nært forestående, etter forsinkelser med levering av en ny demoversjon av instrumentet, nå utstyrt med forbedrede lasere og kamera for å trekke ut funksjoner for KI-trening. Parallelt utvikles en mikrobiom biofilmdannelsesprotokoll ved UiO for å få støv kolonisert av biofilmer av ulik tykkelse. Ytterligere tester av KI tar sikte på å separere mikroplastpartikler som ikke bare er forskjellige i størrelse og polymersammensetning, men som også er belagt med mer av mindre moden og tykk biofilm. I tillegg er 4 vitenskapelige artikler sendt inn og under vurdering. Disse forventes å bli publisert i 2024/begynnelsen av 2025.

Microplastics (MP) are already recognised as environmental pollutants of increasing concern. Ubiquitous, easily dispersed and extremely abundant, MP may be one of the defining features of the Anthropocene. Antimicrobial resistance genes (AMRGs), as well as antimicrobial products, heavy metals and resistant bacteria, have also been classified as types of pollution. Recently, evidence has been accumulating which indicates that these pollutants may be acting in tandem, worsening and driving another major problem facing the world today: antimicrobial resistance. MP provide not only a surface for biofilm formation (known as the plastisphere), they also enhance horizontal gene transfer and provide a physical vessel for spreading such resistance genes between different marine environments. Studies up to now have laid this foundation, but an investigation of the AMRGs present in plastisphere communities in different marine environments and dispersed by MPs is not done. We propose to fill this knowledge gap by studying the AMRGs, especially those present on plasmids (which are transferred between bacteria more readily), of MP collected from marine and close to marine environments from Vietnam, Norway, Baltic sea (Germany/Estonia), Costa Riva and South Africa. In the first phase of the project, we plan to collect and identifying MP, sequence microbiomes and compare levels of antibiotics/metals in the waters across different environments and levels of human interaction. This will inform the second phase of the project, in which AMRGs and bacteria present in the MP communities will be determined using metagenomic approaches. We will also characterise the plasmids from the plastisphere bacteria and how ecological functions in the marine may be changed due to biofilms being transported by the ocean to new locations. Finally, we will be to interact with policymakers and address the general public in advice on generating the next steps to address the problem of plastic waste.