Сточные воды – источник опасных микроорганизмов, которые активно эволюционируют, передавая друг другу гены устойчивости к широкому спектру антибиотиков.
Микробиологи и генетики ФИЦ Биотехнологии РАН проанализировали геномы микроорганизмов из сточных вод и активного ила очистных сооружений города Москвы. У живущих там микроорганизмов нашли несколько сотен генов, обеспечивающих устойчивость к различным антибиотикам, в том числе бета-лактамам, тетрациклинам, сульфонамидам, аминогликозидам, макролидам и дезинфицирующим средствам. Результаты работы опубликованы на страницах журнала Scientific Reports.
За счет широкого применения антибиотиков в медицине и сельском хозяйстве появляется все больше микроорганизмов, которые к ним устойчивы. Бактерии могут легко обмениваться генами резистентности к антибиотикам между собой и для этого им даже не нужно относиться к одному виду. Порой распространение таких генов происходит раньше, чем препарат проходит клинические испытания и появляется на полках аптек. Это снижает эффективность антибиотиков, тем самым приводя к тяжелым заболеваниям и даже гибели пациентов, а также увеличивает стоимость лечения. Проблема настолько остра, что Всемирная организация здравоохранения объявила конец эры антибиотиков еще в 2014 году.
Большие города, где люди легко могут заражать друг друга, создают для микроорганизмов благоприятные условия. Антибиотики, используемые в медицине и сельском хозяйстве, в конечном счете, попадают в канализацию, давая микроорганизмам возможность приспособиться к ним. Ученые ФИЦ Биотехнологии РАН собрали образцы сточных вод в Москве до и после очистки, а затем проанализировали гены всех живущих в них бактерий, чтобы найти среди них гены устойчивости к антибактериальным препаратам, оценить их распространенность и эффективность очистки сточных вод.
«Хотя московские водоочистные сооружения – одни из крупнейших в мире, исследования резистомов, или совокупности генов, придающих устойчивость к антибиотикам, до сих пор в них не проводились. Присутствие устойчивых бактерий и генов резистентности зависит от того, какие лекарства чаще всего используются, а также от особенностей использования воды в данной местности – например, из-за невысоких цен на воду москвичи тратят ее больше, чем те же европейцы, а значит, и концентрация органики в ней будет ниже. Поэтому нам важно было сравнить образцы из Москвы с данными из других крупных городов мира и узнать, насколько водоочистные сооружения в столице справляются со своей задачей», – рассказал о цели исследования Шахжахон Бегматов, научный сотрудник ФИЦ Биотехнологии РАН.
Обычно вода проходит три стадии очистки. Сначала применяются физические методы, например, фильтрация. Затем она попадает в биореакторы, где бактерии в активированном иле помогают удалить из нее органику, аммоний и фосфор. На последнем этапе происходит дезинфекция воды. «Прочитав» геномные последовательности, найденные в образцах из сточных вод и очистных сооружений Москвы, ученые обнаружили в воде до очистки большое количество бактерий, попадающих туда из фекальных масс. Особенно много встречалось представителей родов Collinsella, Bacteroides, Prevotella, Arcobacter, Arcobacteraceae, Blautia, Faecalibacterium, Streptococcus, Acinetobacter, Aeromonas и Veillonella. В предыдущих исследованиях этот же научных коллектив показал, что после очистки концентрация этих микроорганизмов снижалась до 50-100 раз.
В поступающих на очистку сточных водах гены резистентности составляли 0,05% от всех обнаруженных генов, что примерно соответствует двум генам на один бактериальный геном. Примерно такие же цифры характерны для большинства стран. Чаще всего, в 26% случаев, встречалась устойчивость к бета-лактамам, доля использования которых в медицинском секторе достигает 40%. В Европе и Бразилии исследователи наблюдали похожую картину: там подобные гены составляют 20-25% из общего числа генов резистентности. К удивлению исследователей, в очищенной воде, которая сбрасывается в реку Москва, доля генов устойчивости к антибиотикам снижалась всего в 3-4 раза. Однако, поскольку концентрация бактерий в очищенной воде ниже, примерно в сто раз, концентрация резистентных микроорганизмов в воде все-таки снижается намного сильнее.
«Мы обнаружили в московских сточных водах гены, которые делают бактерии устойчивыми к большинству известных классов антибиотиков. Эти же гены присутствуют у бактерий в очищенной воде, которая сбрасывается в реку Москва. Затем гены устойчивости к антибиотикам могут передаваться другим микроорганизмам и впоследствии возвращаться к человеку. Необходимо продолжать изучение этой проблемы, чтобы лучше понимать ее и, в конце концов, найти решение», – заключает Шахжахон Бегматов.
