Exploring microplastic contamination and bacterial community in surface seawater

Abstract

Microplastics (MPs) refer to small plastic particles of 5 mm or less, and concern about the serious effect of MPs on the ecosystem is growing as plastic production increases and accumulation in the environment. MPs provide a habitat for microorganisms called ‘plasticsphere’ in the environment, which serve to store and transport pathogens and pollutants, making MP pollution more complex and dangerous. In this study, samples were collected in six coastal areas of Busan city, South Korea, encompassing marine industries, and various popular leisure and travel. In addition to the diversity and structure of microbial communities in coastal surface seawater, potential associations of MP concentration, shape, size, and polymer type were investigated. Polypropylene and polystyrene polymer types in the form of fragments and fibers were abundant among the collected MPs. The bacterial diversity and taxa based on the high-throughput 16S rRNA gene showed significant differences between MPs and seawater samples. Further, the bacterial genera Psychrobacter, Pseudomonas, Flavobacterium, and Winogradskyella were specifically enriched in MPs rather than seawater (p < 0.05). Nutrient concentrations, salinity, and temperature were correlated with the microbial community of MPs. Therefore, these results can provide basic information on the MP distribution and its characteristics as well as the plastic bacterial community in the coastal ocean. Furthermore, it can contribute to future research to track the ecological role of MPs and their impact on ecosystem pollution.|미세플라스틱(Microplastic)은 5mm 이하의 작은 플라스틱 입자를 의미하며, 플라스틱 생산량이 증가하고 해양환경에 축적됨에 따라 생태계에 심각한 영향을 미칠 우려가 증가하고 있다. 미세플라스틱은 환경에서 ‘플라스티스피어(plasticsphere)’라 칭하는 미생물의 서식지를 제공하며, 병원체와 오염물질을 저장 및 운반하는 역할을 하고, 미세플라스틱 오염을 더욱 복잡하고 위험하게 만든다. 본 연구는 해양 특화 산업과 다양한 해양 레저 및 관광산업을 아우르는 대한민국 부산시 연안 6개 지역에서 시료를 수집하였다. 연안 표층 해수에서 미생물 군집의 다양성과 구성 외에도 미세플라스틱의 농도, 모양, 크기 및 고분자 유형의 잠재적 연관성을 조사했다. 수집된 미세플라스틱은 파편 및 섬유 형태의 폴리에틸렌(Polyethylene), 폴리프로필렌(Polypropylene) 및 ​​폴리스티렌(Polystyrene) 고분자 유형이 풍부하였다. High-throughput 16S rRNA gene 기반의 박테리아 다양성 및 분류군은 미세플라스틱과 해수 시료 간에 유의미한 차이를 보였다. 또한, 박테리아 속 Psychrobacter, Pseudomonas, Flavobacterium 및 Winogradskyella는 해수보다는 미세플라스틱에서 특이적으로 풍부하였다 (p <0.05). 영양소 농도, 염도 및 온도는 미세플라스틱의 미생물 군집과 상관관계를 보였다. 따라서 이러한 결과는 미세플라스틱 분포 실태와 그 특성뿐만 아니라 연안 해양의 플라스틱 박테리아 군집에 대한 기초 정보를 제공할 수 있다. 나아가, 미세플라스틱의 생태적 역할 및 생태계 오염에 미치는 영향을 추적하기 위한 향후 연구에 기여할 수 있다.