While the use of plastic materials has generated huge societal benefits, the ‘plastic age’ comes with downsides: One issue of emerging concern is the accumulation of plastics in the aquatic environment. Here, so-called microplastics (MP), fragments smaller than 5 mm, are of special concern because they can be ingested throughout the food web more readily than larger particles. Focusing on freshwater MP, we briefly review the state of the science to identify gaps of knowledge and deduce research needs. Environmental scientists started investigating marine (micro)plastics in the early 2000s. Today, a wealth of studies demonstrates that MP have ubiquitously permeated the marine ecosystem, including the polar regions and the deep sea. MP ingestion has been documented for an increasing number of marine species. However, to date, only few studies investigate their biological effects. The majority of marine plastics are considered to originate from land-based sources, including surface waters. Although they may be important transport pathways of MP, data from freshwater ecosystems is scarce. So far, only few studies provide evidence for the presence of MP in rivers and lakes. Data on MP uptake by freshwater invertebrates and fish is very limited. While the research on marine MP is more advanced, there are immense gaps of knowledge regarding freshwater MP. Data on their abundance is fragmentary for large and absent for small surface waters. Likewise, relevant sources and the environmental fate remain to be investigated. Data on the biological effects of MP in freshwater species is completely lacking. The accumulation of other freshwater contaminants on MP is of special interest because ingestion might increase the chemical exposure. Again, data is unavailable on this important issue. MP represent freshwater contaminants of emerging concern. However, to assess the environmental risk associated with MP, comprehensive data on their abundance, fate, sources, and biological effects in freshwater ecosystems are needed. Establishing such data critically depends on a collaborative effort by environmental scientists from diverse disciplines (chemistry, hydrology, ecotoxicology, etc.) and, unsurprisingly, on the allocation of sufficient public funding.

The release of plastics into the environment has been identified as an important issue for some time. Recent publications have suggested that the degradation of plastic materials will result in the release of nano-sized plastic particles to the environment. Nanoparticle tracking analysis was applied to characterise the formation of nanoplastics during the degradation of a polystyrene (PS) disposable coffee cup lid. The results clearly show an increase in the formation of nanoplastics over time. After 56 days' exposure the concentration of nanoplastics in the PS sample was 1.26 × 108 particles/ml (average particles size 224 nm) compared to 0.41 × 108 particles/ml in the control.

Bisphenols and phthalates, chemicals frequently used in plastic products, promote obesity in cell and animal models. However, these well-known metabolism disrupting chemicals (MDCs) represent only a minute fraction of all compounds found in plastics. To gain a comprehensive understanding of plastics as a source of exposure to MDCs, we characterized all chemicals present in 34 everyday products using nontarget high-resolution mass spectrometry and analyzed their joint adipogenic activities by high-content imaging. We detected 55,300 chemical features and tentatively identified 629 unique compounds, including 11 known MDCs. Importantly, chemicals that induced proliferation, growth, and triglyceride accumulation in 3T3-L1 adipocytes were found in one third of the products. Since the majority did not target peroxisome proliferator-activated receptor γ, the effects are likely to be caused by unknown MDCs. Our study demonstrates that daily-use plastics contain potent mixtures of MDCs and can, therefore, be a relevant yet underestimated environmental factor contributing to obesity.

Abstract Microplastics (MP) are perceived as a threat to aquatic ecosystems but bear many similarities to suspended sediments which are often considered less harmful. It is, therefore pertinent to determine if and to what extent MPs are different from other particles occurring in aquatic ecosystems in terms of their adverse effects. We applied meta-regressions to hazard data extracted from the literature and harmonized the data to construct Species Sensitivity Distributions (SSDs) for both types of particles. The results demonstrate that the average toxicity of MPs is approximately one order of magnitude higher than that of suspended solids. However, the estimates were associated with large uncertainties and did not provide very strong evidence. In part, this is due to the general lack of comparable experimental studies and dose-dependent point estimates. We, therefore, argue that a precautionary approach should be used and MP in the 1–1000 µm size range should be considered moderately more hazardous to aquatic organisms capable of ingesting such particles. Organisms inhabiting oligotrophic habitats like coral reefs and alpine lakes, with naturally low levels of non-food particles are likely more vulnerable, and it is reasonable to assume that MP pose a relatively higher risk to aquatic life in such habitats. Synopsis A meta-analysis indicates that microplastics are one order of magnitude more toxic than suspended sediments/solids, an estimate surrounded by considerable uncertainty. Graphical abstract

Abstract Antimicrobial resistance (AR) spread is a worldwide health challenge, stemming in large part, from the ability of microbes to share their genetic material through horizontal gene transfer (HGT). Overuse and misuse of antibiotics in clinical settings and in food production have been linked to this increased prevalence and spread of AR. Consequently, public health and consumer concerns have resulted in a remarkable recent reduction in antibiotics used for food animal production. This is driven by the assumption that removing this selective pressure will favor the recovery of antibiotic susceptible taxa and will limit AR sharing through HGT, allowing the currently available antibiotic arsenal to be effective for a longer period. In this study we used broiler chicks raised antibiotic-free and Salmonella enterica serovar Heidelberg (SH), as a model food pathogen, to test this hypothesis. Our results show that neonatal broiler chicks challenged with an antibiotic susceptible SH strain and raised without antibiotics carried susceptible and multidrug resistance SH strains 14 days after challenge. SH infection perturbed the microbiota of broiler chicks and gavaged chicks acquired antibiotic resistant SH at a higher rate. We determined that the acquisition of a plasmid from commensal Escherichia coli population conferred multidrug resistance phenotype to SH recipients and carriage of this plasmid increased the fitness of SH under acidic selection pressure. These results suggest that HGT of AR shaped the evolution of SH and that antibiotic use reduction alone is insufficient to limit antibiotic resistance transfer from commensal bacteria to Salmonella . Importance The reported increase in antibiotic resistant bacteria in humans have resulted in a major shift away from antibiotics use in food animal production. This has been driven by the assumption that removing antibiotics will select for antibiotic susceptible bacterial taxa, and this in turn will allow the currently available antibiotic arsenal to be more effective. This shift in practice has highlighted new questions that need to be answered to assess the effectiveness of antibiotic removal in reducing the spread of antibiotic resistance bacteria. This research demonstrates that antibiotic susceptible Salmonella Heidelberg strains can acquire multidrug resistance from commensal bacteria present in the gut of neonatal broiler chicks, even in the absence of antibiotic selection. We demonstrate that exposure to acidic pH drove the horizontal transfer of antimicrobial resistance plasmids and suggests that simply removing antibiotics from food-animal production might not be sufficient to limit the spread of antimicrobial resistance.

Plastics constitute a vast array of substances, with over 16 000 known plastic chemicals, including intentionally and non-intentionally added substances. Toxicity and thousands of chemicals are extractable from plastics; however, the extent to which toxicity and chemicals migrate from everyday plastic products remains poorly understood. This study aims to characterize the endocrine and metabolism disrupting activity, as well as chemical composition of migrates from plastic food contact articles (FCAs) from four countries as significant sources of human exposure. Additionally, strategies for prioritization of chemicals were explored. Fourteen plastic FCAs covering seven polymer types with high global market shares were migrated into water and a water-ethanol mixture as food simulants according to European regulations. The migrates were analyzed using reporter gene assays for nuclear receptors relevant to human health and non-target chemical analysis to characterize the chemical composition of the migrates. All FCA migrates interfered with at least two nuclear receptors, predominantly targeting pregnane X receptor. Moreover, peroxisome proliferator receptor gamma was broadly activated by the migrates, though mostly with lower potencies, while estrogenic and antiandrogenic activities were more selectively induced by specific FCAs. Fewer chemicals and less toxicity migrated into water compared to the water-ethanol mixture. The ethanol-water migrates exhibited similar toxicity levels and number of chemicals as methanol extracts of the same FCAs. Novel strategies were employed to address the chemical complexity of FCAs and narrow down the list of potential active chemicals. By comparing the composition of multiple leachates of one sample and using stepwise partial least squares regressions, we successfully reduced the chemical complexity, pinpointed potential endocrine disruptors such as triphenyl phosphate and prioritized chemicals for further identification efforts. This study demonstrates the migration of endocrine and metabolism disrupting chemicals from plastic FCAs into food simulants, rendering a migration of these compounds into food and beverages probable.

Plastics constitute a vast array of substances, with over 16 000 known plastic chemicals, including intentionally and non-intentionally added substances. Thousands of chemicals, including toxic ones, are extractable from plastics, however, the extent to which these compounds migrate from everyday products into food or water remains poorly understood. This study aims to characterize the endocrine and metabolism disrupting activity, as well as the chemical composition of migrates from plastic food contact articles (FCAs) from four countries as significant sources of human exposure. Fourteen plastic FCAs covering seven polymer types with high global market shares were migrated into water and a water–ethanol mixture as food simulants according to European regulations. The migrates were analyzed using reporter gene assays for nuclear receptors relevant to human health and non-target chemical analysis to characterize the chemical composition. Chemicals migrating from each FCA interfered with at least two nuclear receptors, predominantly targeting pregnane X receptor (24/28 migrates). Moreover, peroxisome proliferator receptor gamma was activated by 19 out of 28 migrates, though mostly with lower potencies. Estrogenic and antiandrogenic activity was detected in eight and seven migrates, respectively. Fewer chemicals and less toxicity migrated into water compared to the water–ethanol mixture. However, 73 % of the 15 430 extractable chemical features also transferred into food simulants, and the water–ethanol migrates exhibited a similar toxicity prevalence compared to methanol extracts. The chemical complexity differed largely between FCAs, with 8 to 10 631 chemical features migrating into food simulants. Using stepwise partial least squares regressions, we successfully narrowed down the list of potential active chemicals, identified known endocrine disrupting chemicals, such as triphenyl phosphate, and prioritized chemical features for further identification. This study demonstrates the migration of endocrine and metabolism disrupting chemicals from plastic FCAs into food simulants, rendering a migration of these compounds into food and beverages probable.

Abstract The toxicity of microplastics on Daphnia magna as a key model for freshwater zooplankton is well described. While several studies predict population-level effects based on short-term, individual-level responses, only very few have validated these predictions experimentally. Thus, we exposed D. magna populations to irregular polystyrene microplastics and diatomite as natural particle (both ≤ 63 μm) over 50 days. We used mixtures of both particle types at fixed particle concentrations (50,000 particles mL -1 ) and recorded the effects on overall population size and structure, the size of the individual animals, and resting egg production. Particle exposure adversely affected the population size and structure and induced resting egg production. The terminal population size was 28–42% lower in exposed compared to control populations. Interestingly, mixtures containing diatomite induced stronger effects than microplastics alone, highlighting that natural particles are not per se less toxic than microplastics. Our results demonstrate that an exposure to synthetic and natural particles has negative population-level effects on zooplankton. Understanding the mixture toxicity of microplastics and natural particles is important given that aquatic organisms will experience exposure to both. Just as for chemical pollutants, better knowledge of such joint effects is essential to fully understand the environmental impacts of complex particle mixtures. Environmental Implications While microplastics are commonly considered hazardous based on individual-level effects, there is a dearth of information on how they affect populations. Since the latter is key for understanding the environmental impacts of microplastics, we investigated how particle exposures affect the population size and structure of Daphnia magna . In addition, we used mixtures of microplastics and natural particles because neither occurs alone in nature and joint effects can be expected in an environmentally realistic scenario. We show that such mixtures adversely affect daphnid populations and highlight that population-level and mixture-toxicity designs are one important step towards more environmental realism in microplastics research. Graphical Abstract Highlights Daphnia populations exposed to mixtures of microplastics and diatomite Effects on population size, structure, and resting egg production Diatomite as natural particle more toxic than microplastics Particle mixtures induce negative population-level effects Particle mixtures represent more realistic exposure scenario

Antibiotics were a revolutionary discovery of the 20th century, but the ability of bacteria to spread the genetic determinants of resistance via horizontal gene transfer (HGT) has quickly endangered their use. Indeed, there is a global network of microbial gene exchange, the analysis of which has revealed particularly frequent transfer of resistance determinants between farm animals and human-associated bacteria. Here, we leverage the recent release of a rumen microbial genome reference set and show that the wide-spread resistance gene cluster aadE-sat4-aphA-3 is harboured in ruminal Bacteroidetes. While this cluster appears to have been recently transferred between commensal bacteria in the rumen and many diverse animal and human pathogens, comparative analysis suggests that the cluster stabilized in the pathogens. Then, focusing on streptomycin resistance, it was found that homologues from the rumen span much of the known diversity of aminoglycoside O-nucleotidyltransferases (AadEs) and that distinct variants of the enzyme are present in a single rumen bacterial genome. Notably, a second variant of AadE has also been recently transferred, albeit more often as a single gene, throughout a different set of animal and human associated bacteria. By examining the synteny of AadE orthologues in various bacterial genomes and analyzing corresponding gene trees in an environmental context, we speculate that the ruminant associated microbiome has a salient role in the emergence of specific resistance variants and clusters. In light of the recent literature on the evolutionary origin of antibiotic resistance, we further suggest that the rumen provides a possible route of dissemination of resistance genes from soil resistomes, throughout the farm, and to human pathogens.