Bằng chứng đầu tiên về vi nhựa chứa vi khuẩn kháng kháng sinh

Trên thế giới và Việt Nam, các quá trình đô thị hóa, công nghiệp hóa và nông nghiệp tập trung đang làm thay đổi môi trường, dẫn đến gia tăng tình trạng kháng kháng sinh (AMR) và đưa ra một mối nguy cơ đến sức khỏe toàn cầu.

Vi khuẩn (ARB) và các gene kháng kháng sinh (ARGs) được phát hiện ra ở nhiều môi trường khác nhau và chứng tỏ một dấu hiệu rủi ro sức khỏe đáng chú ý. Các bệnh viện, các khu canh tác nông nghiệp và các nhà máy xử lý nước đều là những “điểm nóng” của ARB và ARGs do việc sử dụng kháng sinh ở người, vật nuôi. Điều này làm lây lan ARB, trong đó có những vi khuẩn tạo ra β-lactamases phổ rộng (ESBLs) có thể sinh ra enzyme phá vỡ nhiều loại kháng sinh.

Vi nhựa, trong khi đó, là một vấn đề môi trường đáng lo ngại và được tin là như một vector cho việc mang và lây truyền ARGs, ARB. Sự bền bỉ và các đặc tính lý hóa cho phép chúng đóng vai trò là những vector vận chuyển ô nhiễm, kháng kháng sinh đến vô số vi sinh vật.

Từ nhiều năm nay, Việt Nam phải đối mặt với gánh nặng AMR đặc biệt cao do việc sử dụng kháng sinh tràn lan trong chăm sóc sức khỏe con người và thú y, nuôi trồng thủy sản thâm canh trong khi việc sử dụng kháng sinh lại không được kiểm soát một cách thích đáng.

Vì vậy, các nhà nghiên cứu Việt Nam và Anh đã quyết định tìm hiểu về mối liên hệ giữa các vi khuẩn với vi nhựa ở đồng bằng sông Hồng và đánh giá sự xuất hiện của các gene kháng thuốc, cụ thể là những gene liên quan đến việc tạo ra ESBL.

Họ hy vọng sẽ đem lại những phát hiện có giá trị về vai trò tiềm năng của vi nhựa trong việc lan truyền kháng kháng sinh ở đồng bằng sông Hồng, một khu vực đông dân cư và năng động về kinh tế. Việc đánh giá nguy cơ rủi ro có thể liên quan đến vi nhựa và tình trạng kháng kháng sinh ở đồng bằng sông Hồng rất quan trọng để có thể góp phần giúp thiết kế và triển khai các biện pháp mới để giảm thiểu vấn đề này.

Các nhà nghiên cứu nhận thấy, mặc dù vấn đề kháng kháng sinh và ô nhiễm vi nhựa rất quan trọng và có ảnh hưởng ở quy mô toàn đồng bằng nhưng cho đến nay vẫn chưa được nghiên cứu đầy đủ.

Để tiến hành nghiên cứu, họ đã thu thập vi nhựa ở dọc đồng bằng sông Hồng, bao gồm vùng giữa (Liên Hà, Đan Phượng, Hà Nội) và vùng hạ (cửa Ba Lạt và vườn quốc gia Xuân Thủy, Nam Định), các kênh nước thải ở khu đô thị Hà Nội và khu công nghiệp (Hà Nam). Thêm vào đó, họ thu thập mẫu ở vùng xung quanh như đảo Cát Bà. Các mẫu được thu thập trong mùa mưa, từ tháng 7 đến tháng 8/2023), thời kỳ được biết là có nồng độ vi nhựa cao.

Kết quả phân tích về đặc tính vi nhựa cho thấy, quá trình lão hóa của vi nhựa trong môi trường làm tăng độ nhám bề mặt, thúc đẩy quá trình hình thành vết nứt và độ nhám bề mặt, qua đó thúc đẩy quá trình xâm chiếm của vi khuẩn.

Ngược lại, bề mặt kỵ nước có thể cản trở sự tiếp xúc chặt chẽ giữa vi sinh vật và vi nhựa. “Yếu tố này làm sáng tỏ phát hiện của chúng tôi là polymer PET thể hiện mật độ vi khuẩn cao hơn trên bề mặt do cấu trúc của nó”, họ viết trong bài báo.

Nồng độ vi khuẩn cao nhất trên vi nhựa được phát hiện từ các mẫu thu thập từ vùng nước mặt và từ các mẫu nước đáy của các khu công nghiệp, Phủ Lý, Hà Nam. Đáng chú ý, nồng độ vi khuẩn trên vi nhựa từ các mẫu nước Hà Nội và Nam Định luôn cao hơn so với nồng độ từ đảo Cát Bà.

Khoảng 99,2% trong số đó là vi khuẩn thuộc chi Aeromonas, bao gồm Aeromonas veronii và Aeromonas caviae. Chỉ có 0,83% được xác định là E. coli, chủ yếu được phát hiện trong các vi nhựa tại các nơi nhận nước từ Hà Nội và một số làng nghề xung quanh.

Đáng chú ý, tỷ lệ phổ biến của Aeromonas spp. và E. coli từ vi nhựa (90,8%) cao hơn so với những vi khuẩn từ môi trường nước xung quanh (tức là những vi khuẩn không bám vào vi nhựa).

Theo nhiều nghiên cứu trước, việc vi nhựa có thể quy tụ các cộng đồng vi khuẩn riêng biệt so với xung quanh cho thấy, vi nhựa có thể cung cấp một chất nền độc đáo cho quá trình tồn tại của vi khuẩn.

“Dựa trên những phát hiện này, chúng tôi đưa ra giả thuyết rằng vi nhựa có thể đóng một vai trò quan trọng, là vật mang ARB và ARG, và sự phát tán của chúng trong môi trường nước”, các nhà nghiên cứu viết.

Để đi sâu chứng minh giả thuyết này, họ đã tìm hiểu ba gene β-Lactamase phổ mở rộng trong các chủng vi khuẩn được phân lập và phát hiện ra trong số 207 vi khuẩn được phân lập từ vi nhựa có 23 chứa gene kháng kháng sinh, chiếm 11,1%.

Đáng chú ý, tỷ lệ phân lập mang gene kháng cao nhất được tìm thấy ở địa điểm ô nhiễm nhất, nơi tập trung nước thải từ Hà Nội và các làng nghề truyền thống khác, và ở một địa điểm khác ở hạ lưu Hà Nội và gần các khu công nghiệp.

Sự đồng xuất hiện của cả ba loại gene kháng trong các vi khuẩn phân lập từ vi nhựa tại nơi tiếp nhận nước từ Bệnh viện Thanh Nhàn.

Nhiều nghiên cứu trước đây đã chỉ ra sự hiện diện của vi khuẩn kháng β-lactam, như Aeromonas spp. và E. coli, và các gene kháng của chúng trong đất, trầm tích, hồ chứa, sông ngòi, nước thải sinh hoạt và bệnh viện. Ngoài ra, hầu hết (97%) các mẫu E. coli sản xuất ESBL từ bệnh viện đều chứa ít nhất một gene β-lactamase. Những kết quả này cho thấy vi nhựa trên sông có thể như các ổ chứa các yếu tố kháng kháng sinh, tạo điều kiện cho chúng tồn tại và lây lan trong môi trường nước.

Khi xét mối tương quan giữa mật độ vi khuẩn trên vi nhựa và các thông số môi trường khác, các nhà nghiên cứu nhận thấy sự xuất hiện của gene kháng tỉ lệ thuận liên quan đến các yếu tố môi trường khác, bao gồm EC, độ mặn và % OC. Độ mặn có thể ảnh hưởng đến sự phát tán của gene kháng bằng cách tác động đến cộng đồng vi khuẩn. Môi trường có độ mặn cao có thể ức chế hoạt động và sự phát triển của vi khuẩn nên nồng độ vi khuẩn cao hơn ở các con sông như Hà Nội và Hà Nam, nơi có độ mặn thấp hơn so với đảo Cát Bà.

Với các kết quả này, các nhà nghiên cứu cho rằng vi nhựa đóng vai trò là nơi chứa gene kháng và thúc đẩy quá trình vận chuyển của nó trong màng sinh học. Đồng bằng sông Hồng là nơi tập trung các chủng vi khuẩn Aeromonas đa kháng, qua đó nhấn mạnh vai trò của vi nhựa trong phát tán gene kháng kháng sinh.

Tuy cho rằng cần nghiên cứu thêm để đánh giá mức độ phổ biến và tính đa dạng của vi khuẩn kháng thuốc bằng công nghệ tiên tiến như metagenomics và transcriptomics nhưng các nhà khoa học cũng chỉ ra, kết quả nghiên cứu này đã cho thấy cần phải quản lý hiệu quả hơn việc xử lý rác thải nhựa và xử lý nước thải để hạn chế sự phát tán của gene kháng kháng sinh liên quan đến vi nhựa.

Kết quả được miêu tả chi tiết trong bài báo “First evidence of microplastic-associated extended-spectrum beta-lactamase (ESBL)-producing bacteria in the Red River Delta, Vietnam”, xuất bản trên tạp chí Journal of Hazardous Materials Letters.