Nanoplastik sudah menjadi perhatian karena manusia dapat menelannya secara langsung, namun penelitian baru menunjukkan kemungkinan bahaya lain. Partikel plastik kecil ini juga mempersulit pengendalian bakteri berbahaya.
Dalam sebuah penelitian yang diterbitkan di Penelitian airPeneliti Virginia Tech Jingqiu Liao dan tim internasional telah menemukan bahwa nanoplastik dapat berinteraksi dengan mikroba lingkungan dengan cara yang dapat menimbulkan risiko tidak langsung terhadap kesehatan manusia, khususnya melalui sistem air minum.
“Sangat penting untuk lebih memahami dampak buruk nanoplastik terhadap kesehatan manusia, dan tidak hanya terhadap manusia tetapi juga terhadap lingkungan, yang secara tidak langsung berdampak pada kesehatan manusia,” kata Liao, asisten profesor teknik sipil dan lingkungan. “Nanoplastik dapat meningkatkan kelangsungan hidup patogen yang resisten terhadap antimikroba, yang dapat membahayakan lingkungan dan berdampak pada kesehatan masyarakat.”
Nanoplastik dapat mempersulit pengolahan air
Para peneliti telah melaporkan bahwa bakteri yang terpapar nanoplastik mungkin menjadi lebih resisten terhadap disinfektan. Hal ini dapat menimbulkan masalah serius pada fasilitas pengolahan air dan jaringan distribusi yang dirancang untuk menjaga keamanan air minum.
“Ketika nanoplastik berinteraksi dengan biofilm dan bakteri di dalamnya, mereka dapat memperkuat biofilm dan membuatnya lebih tahan terhadap segala jenis tindakan yang dimaksudkan untuk menjaga air tetap bersih,” kata Liao, yang juga berafiliasi dengan Pusat Perubahan Global di Fralin Life Sciences Institute.
Jingqiu Liao adalah asisten profesor teknik sipil dan lingkungan. Foto oleh Peter Berarti untuk Virginia Tech.
Nanoplastik adalah kategori mikroplastik yang lebih kecil. Ukurannya berkisar antara satu hingga 1.000 nanometer dan tidak dapat dilihat dengan mata telanjang. Dalam studi ini, para peneliti meneliti bagaimana partikel-partikel ini mempengaruhi pembentukan biofilm di dalam sistem air minum.
Bagaimana biofilm bakteri terbentuk
Biofilm adalah kelompok bakteri yang menempel pada permukaan, termasuk dinding bagian dalam pipa air. Mikroba menghasilkan bahan pelindung di sekelilingnya yang membantu melindungi masyarakat dari ancaman lingkungan.
Biofilm tidak selalu berbahaya. Dalam beberapa konteks, bahan ini dapat membantu menghilangkan zat yang tidak diinginkan. Namun di dalam jaringan distribusi air minum, hal tersebut dapat menimbulkan risiko karena beberapa bakteri yang dikandungnya dapat menyebabkan penyakit.
Masalahnya semakin diperumit oleh bakteriofag, yaitu virus yang menginfeksi bakteri. Sebelum penelitian ini, para ilmuwan hanya mengetahui sedikit tentang bagaimana nanoplastik dapat mempengaruhi hubungan antara biofilm, bakteri, dan virus.
“Proses utama yang secara khusus kami minati adalah bagaimana bakteri dan bakteriofag berinteraksi satu sama lain selama proses ketika nanoplastik mempengaruhi biofilm secara keseluruhan,” kata Liao, yang juga berafiliasi dengan Pusat Patogen yang Berkembang, Zoonosis, dan Arthropoda di Fralin Life Sciences Institute.
Mempelajari mikroba dan resistensi antibiotik
Liao berspesialisasi dalam ekologi mikroba dan analisis metagenomik. Penelitian sebelumnya mengeksplorasi bagaimana tanah berkontribusi terhadap penyebaran resistensi antibiotik.
Dia juga baru-baru ini menerima Scaling Fellowship melalui Inisiatif Hibah Utama Fakultas Teknik untuk pekerjaan yang berkaitan dengan publikasi Komunikasi Alam, “Peran Berbeda dari Proses Deterministik dan Stokastik dalam Pemolaan Ekotipe Bakteri Tanah di Ekosistem Terestrial.”
Nanoplastik memicu berbagai respons bakteri
Para peneliti mempelajari biofilm yang terdiri dari E. coli dan Pseudomonas aeruginosa. Ketika biofilm terkena nanoplastik, bakteri bereaksi dalam beberapa cara:
Bakteri yang berbeda “berbicara” satu sama lain dan melepaskan zat yang membuat biofilm lebih tebal, lebih berat dan lebih protektif.
Profag, yaitu fag yang memasukkan genomnya sendiri (DNA) ke dalam genom inang bakteri, menjadi aktif. Mereka menghancurkan sel-sel bakteri yang mereka tinggali sambil menghasilkan sejumlah besar partikel virus baru.
Bakteri bertahan melawan ramalan dengan menggunakan pengulangan palindromik pendek (CRISPR) yang dikelompokkan dan diselingi secara teratur (CRISPR) sel DNA atau RNA untuk menargetkan virus sebagai bagian dari sistem pertahanan antivirus.
Ilustrasi tiga respon bakteri ketika nanoplastik bersentuhan dengan biofilm. Gambar milik Jingqiu Liao.
Biofilm yang lebih keras dapat mengancam sistem air
Studi tersebut menemukan bahwa paparan nanoplastik meningkatkan kekuatan fisik biofilm dan membuatnya lebih tahan terhadap disinfektan.
Para penulis menyimpulkan bahwa “peningkatan kekuatan mekanik biofilm dan ketahanannya terhadap disinfektan menyoroti potensi tantangan bagi sistem pengolahan dan distribusi air, karena nanoplastik dapat meningkatkan pembentukan biofilm yang sulit dibasmi pada permukaan beberapa sistem pengolahan dan distribusi air.” »
Hasil ini menunjukkan bahwa nanoplastik dapat memfasilitasi perkembangan biofilm yang membandel pada permukaan yang digunakan dalam pengolahan dan distribusi air, sehingga meningkatkan kesulitan untuk menghilangkannya.
Penelitian lebih lanjut diperlukan
Liao mengatakan penelitian tambahan diperlukan untuk mengidentifikasi proses molekuler yang menentukan respons biofilm kompleks yang mengandung banyak spesies mikroba.
Dia juga menunjukkan bahwa ukuran partikel dapat memainkan peran penting. Mikroplastik lebih besar dari nanoplastik dan dapat mempengaruhi interaksi antara bakteri dan fag dengan cara yang berbeda.
“Secara keseluruhan, hasil kami memberikan wawasan baru mengenai interaksi antara nanoplastik dan dinamika bakteri-fag, menyoroti peningkatan risiko mikroba yang terkait dengan nanoplastik yang ditularkan melalui air,” kata Liao.
Peneliti lain yang berpartisipasi dalam penelitian ini meliputi:
- Haibo Wang, Profesor Madya, Pusat Penelitian Ilmu Pengetahuan Lingkungan, Akademi Ilmu Pengetahuan Tiongkok, Beijing, Tiongkok
- Hui Chen, Peneliti Madya, Pusat Penelitian Ilmu Pengetahuan Lingkungan, Akademi Ilmu Pengetahuan Tiongkok, Beijing, Tiongkok
- Chujin Ruan, Peneliti Pascadoktoral, Mikrobiologi Lingkungan, Institut Sains dan Teknologi Perairan Federal Swiss, Dübendorf, Swiss
- Cory Schwarz, Rekan Postdoctoral, Teknik Sipil dan Lingkungan dan Institut Air Beras, Rice University, Texas
- Baoyou Shi, Profesor, Pusat Penelitian Sains Lingkungan Hidup, Akademi Ilmu Pengetahuan Tiongkok, Beijing, Tiongkok
- Pedro JJ Alvarez, profesor teknik sipil dan lingkungan dan Rice Water Institute, Rice University, Texas
- Pingfeng Yu, Peneliti Pascadoktoral, Sekolah Tinggi Ilmu Lingkungan dan Sumber Daya, Universitas Zhejiang, Hangzhou, Tiongkok
