20世纪以来，全球塑料产量数目持续高值，2019年已经达到3.68亿t,废物管理机制的不合理使得废塑料进入环境后，在物理、化学和生物等因素作用下逐渐分裂为小于5 mm的微塑料。微塑料在环境中广泛存在，陆地、海洋甚至极地地区都有分布。细菌生物被膜 (Bacterial Biofilm) 是许多黏附在生物或非生物表面的细菌通过分泌蛋白质、脂质、胞外多糖等复合物, 形成包裹细菌的膜状物，它能使细菌更好地适应外界环境，从而有利于自身的生长繁殖。附着于微塑料表面的细菌，可以形成生物被膜，而且其生物被膜中还可能含有降解塑料的细菌，进而导致“微塑料-细菌”颗粒密度、浮力和下沉速率的改变。
微塑料与致病菌
海洋中存在多种潜在的致病菌，这些潜在致病菌可能会附着于微塑料表面，并在微塑料表面的生物被膜中富集，从而达到“致病浓度”。弧菌是海洋中常见的潜在致病菌，如副溶血性弧菌便是一种条件致病弧菌，其对渔业生产和人体健康均有潜在风险，成为食品安全领域防治的重点。Zettler等通过二代测序技术，在微塑料表面的微生物群落中发现了与弧菌属(Vibrio)相关的基因序列。目前在全球多个水域发现海洋微塑料表面有弧菌附着，如北海和波罗的海的PE、PP和PS等微塑料颗粒上存在潜在致病性副溶血性弧菌，象山港海水养殖网箱中的PET微塑料上也发现弧菌属的存在，桑沟湾海水养殖区域的微塑料也可能是致病性弧菌的富集载体。
灿烂弧菌(Vibriosplendidus)是致病性弧菌，能够引起牡蛎大规模死亡，在对布雷斯特湾微塑料表面附着生物的研究中发现，大多数微塑料表面都存在灿烂弧菌，这表明海洋中微塑料表面确实存在致病性弧菌。此外，一些其他的潜在致病菌也在微塑料表面被发现。例如，新加坡海岸的微塑料表面不仅鉴定出了弧菌，还发现有假单胞菌等潜在致病菌的存在，中国东南沿海海水养殖区域微塑料附着的弧菌属和假单胞菌属是该区域微塑料附着微生物的主要潜在病原菌，研究发现夏季微塑料样品表面的生物被膜中弧菌属的含量高达41.03%。可以肯定的是，微塑料表面附着的致病菌可能对海水养殖业产生较高的生态风险，然而，致病菌对生物的致病性，以及微塑料对渔业生产的潜在风险仍需进一步研究。在北亚得里亚海表层水中发现微塑料附着的微生物中存在鱼类致病性细菌杀鲑气单胞菌(Aeromonassalmonicida)，沙门氏菌是鱼类疾病的元凶。因此，研究微塑料附着的沙门氏菌是否会导致鱼类疾病传播及其传播方式具有重要意义。
此外，对附着于微塑料、岩石及叶子上的生物被膜的研究发现，只有微塑料生物被膜中存在两种人类致病菌蒙氏假单胞菌(Pseudomonasmonteilii)、门多萨假单胞菌(Pseudomonasmendocina)和一种植物致病菌丁香假单胞菌(Pseudomonassyringae)，而在自然底物上形成的生物被膜中未检测到致病菌。微塑料可以作为微生物的一种新型附着基质，作为病原体从河流进入新环境中的载体，产生生态风险并可能危害人类健康。另对PE和PS微塑料形成生物被膜的研究表明，弧菌可能与细菌早期在微塑料表面定殖有关(图1)。弧菌可能是塑料表面早期生物被膜的形成菌。因此探究微塑料附着致病微生物是否会导致疾病传播以及如何导致疾病传播的答案至关重要。
图1潜在致病弧菌附着示意图
微塑料与细菌迁徙
海洋中微塑料表面生物被膜中有大量细菌存在，生物被膜中的细菌中存在潜在致病微生物。与天然材料(如木材、纤维素等)相比，塑料以其稳定的化学性质和难以降解的特性在促进微生物迁徙方面有独特的优势。由于生物被膜能够为生活在其中的微生物提供保护，微塑料表面生物被膜中的微生物能够随着微塑料借助洋流等途径进行远距离扩散。病原菌可能在微塑料表面富集后传播给潜在的宿主，从而引起微生物致病事件。附着于微塑料表面生物被膜中的微生物迁徙，可能导致“微生物生物入侵”事件的发生。微塑料表面的细菌群落是动态的，能够迅速适应其环境的变化。微塑料在为微生物生长提供空间的同时，也可以作为海洋微生物长距离迁移的载体，使得细菌长距离迁徙变成可能。
微塑料与细菌耐药性
细菌的耐药性(Antimicrobial resistance)能使细菌对抗生素耐药性增强。耐药细菌的出现，使抗生素在治疗细菌引起的疾病时有效性降低，使人类面临细菌感染用药危机。Yang等利用北太平洋环流中微塑料附着生物的宏基因组数据，研究微生物群落中耐药基因和金属抗性基因的多样性、丰度和共生关系，发现微塑料表面的生物被膜中出现了耐药基因，塑料上的微生物群中耐药基因和金属抗性基因的含量都明显高于海水，塑料尺寸未影响抗性基因的丰度和多样性。
微塑料在海洋中的广泛分布，附着于微塑料表面微生物含有耐药基因，可能使得耐药基因在海洋中广泛传播。以外源性的红色荧光的大肠埃希菌为供体菌株，引入绿色荧光宽宿主范围编码的甲氧苄啶抗性的质粒pKJK5，并比较在微塑料上形成生物被膜的菌群与游离态的菌群，研究表明，与游离态细菌相比，微塑料表面的细菌存在更频繁的质粒转移，并且有更多的基因水平转移发生。基因水平转移可显著影响全球范围内水生微生物群落的生态。通过微塑料传播抗生素耐药性，也可能对水生细菌的进化产生深远影响，并对人类健康造成不可忽视的危害。
以浙江省嘉兴市的两条城市河流为研究对象，Wang等分析了微塑料的细菌群落和浮游细菌群落的差异性，研究发现微塑料上的细菌群落相对于水体样品的丰度和多样性较低，分类组成明显不同。其表面附着的生物被膜中的细菌基因与人类致病菌基因存在较高相关性，微塑料选择性富集耐药基因。微塑料中整合子-整合酶1和2类基因的相对丰度更高，表明微塑料中存在更高水平的水平基因转移。对海水养殖区微塑料表面耐药菌(antibiotic resistant bacteria，ARB)和多重耐药菌(multi-drug resistant bacteria,MDRB)的研究表明，微塑料样品中耐药菌浓度比海水环境中高100～5 000倍。耐药菌主要为弧菌属、鼠尾菌属(Muricauda)和鲁杰氏菌属(Ruegeria)。微塑料表面多重耐药菌中耐青霉素、磺胺呋唑、红霉素和四环素的比例高于水体中多重耐药菌。作为一种新型的微生物生态位，微塑料可能加剧细菌间的基因水平转移，促进耐药基因在细菌间的传播，促进“超级细菌”出现。
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