Abstract Plastic pollution is a serious global problem, with more than 12 million tonnes of plastic waste entering the oceans every year. Plastic debris can have considerable impacts on microbial community structure and functions in marine environments, and has been associated with an enrichment in pathogenic bacteria and antimicrobial resistance (AMR) genes. However, our understanding of these impacts is largely restricted to microbial assemblages on plastic surfaces. It is therefore unclear whether these effects are driven by the surface properties of plastics, providing an additional niche for certain microbes residing in biofilms, and/or chemicals leached from plastics, the effects of which could extend to surrounding planktonic bacteria. Here, we examine the effects of polyvinyl chloride (PVC) plastic leachate exposure on the relative abundance of genes associated with bacterial pathogenicity and AMR within a seawater microcosm community. We show that PVC leachate, in the absence of plastic surfaces, drives an enrichment in AMR and virulence genes. In particular, leachate exposure significantly enriches AMR genes that confer multidrug, aminoglycoside and peptide antibiotic resistance. Additionally, enrichment of genes involved in the extracellular secretion of virulence proteins was observed among pathogens of marine organisms. This study provides the first evidence that chemicals leached from plastic particles alone can enrich genes related to microbial pathogenesis within a bacterial community, expanding our knowledge of the environmental impacts of plastic pollution with potential consequences for human and ecosystem health.

Abstract Background Anchialine environments, in which oceanic water mixes with freshwater in coastal aquifers, are characterised by stratified water columns with complex physicochemical profiles. These environments, also known as subterranean estuaries, support an abundance of endemic macro and microorganisms. There is now growing interest in characterising the metabolisms of anchialine microbial communities, which is essential for understanding how complex ecosystems are supported in extreme environments, and assessing their vulnerability to environmental change. However, the diversity of metabolic strategies that are utilised in anchialine ecosystems remains poorly understood. Results Here, we employ shotgun metagenomics to elucidate the key microorganisms and their dominant metabolisms along a physicochemical profile in Bundera Sinkhole, the only known continental subterranean estuary in the Southern Hemisphere. Genome-resolved metagenomics suggests that the communities are largely represented by novel taxonomic lineages, with 75% of metagenome-assembled genomes assigned to entirely new or uncharacterised families. These diverse and novel taxa displayed depth-dependent metabolisms, reflecting distinct phases along dissolved oxygen and salinity gradients. In particular, the communities appear to drive nutrient feedback loops involving nitrification, nitrate ammonification, and sulphate cycling. Genomic analysis of the most highly abundant members in this system suggests that an important source of chemotrophic energy is generated via the metabolic coupling of nitrogen and sulphur cycling. Conclusion These findings substantially contribute to our understanding of the novel and specialised microbial communities in anchialine ecosystems, and highlight key chemosynthetic pathways that appear to be important in these energy-limited environments. Such knowledge is essential for the conservation of anchialine ecosystems, and sheds light on adaptive processes in extreme environments.