20世紀以來，全球塑料產量數目持續(xù)高值，2019年已經達到3.68億t,廢物管理機制的不合理使得廢塑料進入環(huán)境后，在物理、化學和生物等因素作用下逐漸分裂為小于5 mm的微塑料。微塑料在環(huán)境中廣泛存在，陸地、海洋甚至極地地區(qū)都有分布。細菌生物被膜 (Bacterial Biofilm) 是許多黏附在生物或非生物表面的細菌通過分泌蛋白質、脂質、胞外多糖等復合物, 形成包裹細菌的膜狀物，它能使細菌更好地適應外界環(huán)境，從而有利于自身的生長繁殖。附著于微塑料表面的細菌，可以形成生物被膜，而且其生物被膜中還可能含有降解塑料的細菌，進而導致“微塑料-細菌”顆粒密度、浮力和下沉速率的改變。
微塑料與致病菌
海洋中存在多種潛在的致病菌，這些潛在致病菌可能會附著于微塑料表面，并在微塑料表面的生物被膜中富集，從而達到“致病濃度”?；【呛Ｑ笾谐Ｒ姷臐撛谥虏【?，如副溶血性弧菌便是一種條件致病弧菌，其對漁業(yè)生產和人體健康均有潛在風險，成為食品安全領域防治的重點。Zettler等通過二代測序技術，在微塑料表面的微生物群落中發(fā)現(xiàn)了與弧菌屬(Vibrio)相關的基因序列。目前在全球多個水域發(fā)現(xiàn)海洋微塑料表面有弧菌附著，如北海和波羅的海的PE、PP和PS等微塑料顆粒上存在潛在致病性副溶血性弧菌，象山港海水養(yǎng)殖網箱中的PET微塑料上也發(fā)現(xiàn)弧菌屬的存在，桑溝灣海水養(yǎng)殖區(qū)域的微塑料也可能是致病性弧菌的富集載體。
燦爛弧菌(Vibriosplendidus)是致病性弧菌，能夠引起牡蠣大規(guī)模死亡，在對布雷斯特灣微塑料表面附著生物的研究中發(fā)現(xiàn)，大多數微塑料表面都存在燦爛弧菌，這表明海洋中微塑料表面確實存在致病性弧菌。此外，一些其他的潛在致病菌也在微塑料表面被發(fā)現(xiàn)。例如，新加坡海岸的微塑料表面不僅鑒定出了弧菌，還發(fā)現(xiàn)有假單胞菌等潛在致病菌的存在，中國東南沿海海水養(yǎng)殖區(qū)域微塑料附著的弧菌屬和假單胞菌屬是該區(qū)域微塑料附著微生物的主要潛在病原菌，研究發(fā)現(xiàn)夏季微塑料樣品表面的生物被膜中弧菌屬的含量高達41.03%?？梢钥隙ǖ氖牵⑺芰媳砻娓街闹虏【赡軐ＫB(yǎng)殖業(yè)產生較高的生態(tài)風險，然而，致病菌對生物的致病性，以及微塑料對漁業(yè)生產的潛在風險仍需進一步研究。在北亞得里亞海表層水中發(fā)現(xiàn)微塑料附著的微生物中存在魚類致病性細菌殺鮭氣單胞菌(Aeromonassalmonicida)，沙門氏菌是魚類疾病的元兇。因此，研究微塑料附著的沙門氏菌是否會導致魚類疾病傳播及其傳播方式具有重要意義。
此外，對附著于微塑料、巖石及葉子上的生物被膜的研究發(fā)現(xiàn)，只有微塑料生物被膜中存在兩種人類致病菌蒙氏假單胞菌(Pseudomonasmonteilii)、門多薩假單胞菌(Pseudomonasmendocina)和一種植物致病菌丁香假單胞菌(Pseudomonassyringae)，而在自然底物上形成的生物被膜中未檢測到致病菌。微塑料可以作為微生物的一種新型附著基質，作為病原體從河流進入新環(huán)境中的載體，產生生態(tài)風險并可能危害人類健康。另對PE和PS微塑料形成生物被膜的研究表明，弧菌可能與細菌早期在微塑料表面定殖有關(圖1)?；【赡苁撬芰媳砻嬖缙谏锉荒さ男纬删Ｒ虼颂骄课⑺芰细街虏∥⑸锸欠駮е录膊鞑ヒ约叭绾螌е录膊鞑サ拇鸢钢陵P重要。
圖1潛在致病弧菌附著示意圖
微塑料與細菌遷徙
海洋中微塑料表面生物被膜中有大量細菌存在，生物被膜中的細菌中存在潛在致病微生物。與天然材料(如木材、纖維素等)相比，塑料以其穩(wěn)定的化學性質和難以降解的特性在促進微生物遷徙方面有獨特的優(yōu)勢。由于生物被膜能夠為生活在其中的微生物提供保護，微塑料表面生物被膜中的微生物能夠隨著微塑料借助洋流等途徑進行遠距離擴散。病原菌可能在微塑料表面富集后傳播給潛在的宿主，從而引起微生物致病事件。附著于微塑料表面生物被膜中的微生物遷徙，可能導致“微生物生物入侵”事件的發(fā)生。微塑料表面的細菌群落是動態(tài)的，能夠迅速適應其環(huán)境的變化。微塑料在為微生物生長提供空間的同時，也可以作為海洋微生物長距離遷移的載體，使得細菌長距離遷徙變成可能。
微塑料與細菌耐藥性
細菌的耐藥性(Antimicrobial resistance)能使細菌對抗生素耐藥性增強。耐藥細菌的出現(xiàn)，使抗生素在治療細菌引起的疾病時有效性降低，使人類面臨細菌感染用藥危機。Yang等利用北太平洋環(huán)流中微塑料附著生物的宏基因組數據，研究微生物群落中耐藥基因和金屬抗性基因的多樣性、豐度和共生關系，發(fā)現(xiàn)微塑料表面的生物被膜中出現(xiàn)了耐藥基因，塑料上的微生物群中耐藥基因和金屬抗性基因的含量都明顯高于海水，塑料尺寸未影響抗性基因的豐度和多樣性。
微塑料在海洋中的廣泛分布，附著于微塑料表面微生物含有耐藥基因，可能使得耐藥基因在海洋中廣泛傳播。以外源性的紅色熒光的大腸埃希菌為供體菌株，引入綠色熒光寬宿主范圍編碼的甲氧芐啶抗性的質粒pKJK5，并比較在微塑料上形成生物被膜的菌群與游離態(tài)的菌群，研究表明，與游離態(tài)細菌相比，微塑料表面的細菌存在更頻繁的質粒轉移，并且有更多的基因水平轉移發(fā)生?；蛩睫D移可顯著影響全球范圍內水生微生物群落的生態(tài)。通過微塑料傳播抗生素耐藥性，也可能對水生細菌的進化產生深遠影響，并對人類健康造成不可忽視的危害。
以浙江省嘉興市的兩條城市河流為研究對象，Wang等分析了微塑料的細菌群落和浮游細菌群落的差異性，研究發(fā)現(xiàn)微塑料上的細菌群落相對于水體樣品的豐度和多樣性較低，分類組成明顯不同。其表面附著的生物被膜中的細菌基因與人類致病菌基因存在較高相關性，微塑料選擇性富集耐藥基因。微塑料中整合子-整合酶1和2類基因的相對豐度更高，表明微塑料中存在更高水平的水平基因轉移。對海水養(yǎng)殖區(qū)微塑料表面耐藥菌(antibiotic resistant bacteria，ARB)和多重耐藥菌(multi-drug resistant bacteria,MDRB)的研究表明，微塑料樣品中耐藥菌濃度比海水環(huán)境中高100～5 000倍。耐藥菌主要為弧菌屬、鼠尾菌屬(Muricauda)和魯杰氏菌屬(Ruegeria)。微塑料表面多重耐藥菌中耐青霉素、磺胺呋唑、紅霉素和四環(huán)素的比例高于水體中多重耐藥菌。作為一種新型的微生物生態(tài)位，微塑料可能加劇細菌間的基因水平轉移，促進耐藥基因在細菌間的傳播，促進“超級細菌”出現(xiàn)。