Microplastics Increase Impact of Treated Wastewater on Freshwater Microbial Community

Abstract

Plastic pollution is a major global concern with several million microplastic particles entering every day freshwater ecosystems via wastewater discharge. Microplastic particles stimulate biofilm formation (plastisphere) throughout the water column and have the potential to affect microbial community structure if they accumulate in pelagic waters, especially enhancing the proliferation of biohazardous bacteria. To test this scenario, we simulated the inflow of treated wastewater into a temperate lake using a continuous culture system with a gradient of concentration of microplastic particles. We followed the effect of microplastics on the microbial community structure and on the occurrence of integrase 1 (int1), a marker associated with mobile genetic elements known as a proxy for anthropogenic effects on the spread of antimicrobial resistance genes. The abundance of int1 increased in the plastisphere with increasing microplastic particle concentration, but not in the water surrounding the microplastic particles. Likewise, the microbial community on microplastic was more similar to the original wastewater community with increasing microplastic concentrations. Our results show that microplastic particles indeed promote persistence of typical indicators of microbial anthropogenic pollution in natural waters, and substantiate that their removal from treated wastewater should be prioritised.

La contaminación plástica es una importante preocupación mundial: varios millones de partículas microplásticas ingresan cada día a los ecosistemas de agua dulce a través de la descarga de aguas residuales. Las partículas de microplástico estimulan la formación de biopelículas (plastisfera) en toda la columna de agua y tienen el potencial de afectar la estructura de la comunidad microbiana si se acumulan en aguas pelágicas, mejorando especialmente la proliferación de bacterias biopeligrosas. Para probar este escenario, simulamos la entrada de aguas residuales tratadas a un lago templado utilizando un sistema de cultivo continuo con un gradiente de concentración de partículas microplásticas. Seguimos el efecto de los microplásticos en la estructura de la comunidad microbiana y en la aparición de la integrasa 1 (int1), un marcador asociado con elementos genéticos móviles conocido como indicador de los efectos antropogénicos en la propagación de genes de resistencia a los antimicrobianos. La abundancia de int1 aumentó en la plastisfera al aumentar la concentración de partículas microplásticas, pero no en el agua que rodea las partículas microplásticas. Asimismo, la comunidad microbiana en los microplásticos era más similar a la comunidad de aguas residuales original con concentraciones de microplásticos crecientes. Nuestros resultados muestran que las partículas de microplásticos promueven la persistencia de indicadores típicos de contaminación antropogénica microbiana en aguas naturales y fundamentan que se debe priorizar su eliminación de las aguas residuales tratadas.