Eine neue Studie deckt auf, wie das Zusammenspiel zwischen Sargassum-Arten, Plastikmüll im Meer und Vibrio-Bakterien den perfekten „Krankheitserreger“-Sturm erzeugt, der Auswirkungen sowohl auf das Meeresleben als auch auf die öffentliche Gesundheit hat. Vibrio-Bakterien kommen in Gewässern auf der ganzen Welt vor und sind die häufigste Todesursache bei Menschen in der Meeresumwelt.
Beispielsweise kann Vibrio vulnificus, manchmal auch als fleischfressendes Bakterium bezeichnet, lebensbedrohliche lebensmittelbedingte Krankheiten durch den Verzehr von Meeresfrüchten sowie Krankheiten und Tod durch offene Wundinfektionen verursachen.
Seit 2011 breiten sich Sargassum, frei lebende Populationen brauner Makroalgen, in der Sargassosee und anderen Teilen des offenen Ozeans wie dem Großen Atlantischen Sargassumgürtel rasch aus, was zu häufigen und beispiellosen Ansammlungen von Algen an Stränden führt. Plastikmüll im Meer, der erstmals in Oberflächengewässern der Sargassosee gefunden wurde, ist zu einem weltweiten Problem geworden und bleibt bekanntermaßen Jahrzehnte länger bestehen als natürliche Substrate in der Meeresumwelt.
Derzeit ist wenig über die ökologische Beziehung von Vibrios zu Sargassum bekannt. Darüber hinaus fehlten genomische und metagenomische Beweise dafür, ob Vibrios, die Plastikmüll im Meer und Sargassum besiedeln, möglicherweise Menschen infizieren könnten. Könnten diese Substrate eine dreifache Bedrohung für die öffentliche Gesundheit darstellen, während der Sommer in vollem Gange ist und Bemühungen unternommen werden, innovative Lösungen für die Wiederverwendung von Sargassum zu finden?
Forscher der Florida Atlantic University und Mitarbeiter haben die Genome von 16 Vibrio-Sorten vollständig sequenziert, die aus Aallarven, Meeresmüll aus Plastik, Sargassum und Meerwasserproben aus der Karibik und dem Sargassomeer des Nordatlantiks isoliert wurden. Sie entdeckten, dass Vibrio-Krankheitserreger die einzigartige Fähigkeit haben, an Mikroplastik zu „haften“ und dass sich diese Mikroben möglicherweise gerade an Plastik anpassen.
„Kunststoff ist ein neues Element, das in die Meeresumwelt eingeführt wurde und das es erst seit etwa 50 Jahren gibt“, sagten Tracy Mincer, Ph.D., korrespondierende Hauptautorin und Assistenzprofessorin für Biologie am Harbor Branch Oceanographic Institute der FAU, und Harriet L .Wilkes Honors College.
„Unsere Laborarbeit hat gezeigt, dass diese Vibrio extrem aggressiv sind und innerhalb von Minuten Plastik aufspüren und daran haften können. Wir haben auch festgestellt, dass es Bindungsfaktoren gibt, die Mikroben nutzen, um an Plastik zu haften, und es ist derselbe Mechanismus, den Krankheitserreger nutzen.“ “
Die Studie, veröffentlicht in der Zeitschrift Wasserforschungzeigt, dass Vibrios im offenen Ozean eine bisher unbeschriebene Gruppe von Mikroben darstellen, von denen einige potenzielle neue Arten darstellen und eine Mischung aus pathogenen Genen und Genen mit geringer Nährstoffaufnahme besitzen, die ihren pelagischen Lebensraum sowie die Substrate und Wirte, die sie besiedeln, widerspiegeln. Unter Verwendung des Metagenom-assemblierten Genoms (MAG) stellt diese Studie die erste Vibrio spp. dar. Genom aus Plastikmüll zusammengesetzt.
In der Studie wurden Pathogengene von Wirbeltieren hervorgehoben, die eng mit Cholera- und Nicht-Cholera-Bakterienstämmen verwandt sind. Phänotyptests der Sorten bestätigten eine schnelle Biofilmbildung sowie hämolytische und lipophospholytische Aktivitäten, was mit einem pathogenen Potenzial übereinstimmt.
Die Forscher entdeckten außerdem, dass Zonula-occludens-Toxin- oder „Zot“-Gene, die erstmals in Vibrio cholerae beschrieben wurden, einem abgesonderten Toxin, das die Darmpermeabilität erhöht, zu den am besten erhaltenen und selektierten Genen in den von ihnen gefundenen Vibrios gehörten. Diese Vibrionen scheinen durch den Darm einzudringen, im Darm stecken zu bleiben und dort zu infizieren.
„Eine weitere interessante Sache, die wir entdeckt haben, ist eine Reihe von Genen namens ‚Zot‘-Gene, die das Leaky-Gut-Syndrom verursachen“, sagte Mincer. „Wenn ein Fisch zum Beispiel ein Stück Plastik frisst und sich mit diesem Vibrio infiziert, was dann zu einem durchlässigen Darm und Durchfall führt, setzt er Abfallnährstoffe wie Stickstoff und Phosphat frei, die das Wachstum von Sargassum und anderen umliegenden Organismen stimulieren könnten.“
Die Ergebnisse zeigen, dass einige Vibrio spp. In dieser Umgebung haben sie einen „Allesfresser“-Lebensstil, der sowohl auf pflanzliche als auch tierische Wirte abzielt, kombiniert mit der Fähigkeit, unter oligotrophen Bedingungen zu überleben. Mit zunehmenden Wechselwirkungen zwischen Mensch, Sargassum und Plastikmüll im Meer könnte die assoziierte mikrobielle Flora dieser Substrate starke opportunistische Krankheitserreger beherbergen. Wichtig ist, dass einige kultivierungsbasierte Daten zeigen, dass gestrandete Sargassum offenbar große Mengen an Vibrio-Bakterien beherbergen.
„Ich glaube nicht, dass zum jetzigen Zeitpunkt irgendjemand wirklich über diese Mikroben und ihre Fähigkeit, Infektionen zu verursachen, nachgedacht hat“, sagte Mincer. „Wir möchten die Öffentlichkeit unbedingt auf diese damit verbundenen Risiken aufmerksam machen. Insbesondere bei der Ernte und Verarbeitung von Sargassum-Biomasse ist Vorsicht geboten, bis die Risiken gründlicher untersucht sind.“
Mehr Informationen:
Tracy J. Mincer et al., „Sargasso Sea Vibrio-Bakterien: Untererforschte potenzielle Pathovare in einem gestörten Lebensraum“, Wasserforschung (2023). DOI: 10.1016/j.watres.2023.120033