Снижение риска появления устойчивых к лекарствам патогенов в сточных водах

Комбинация химических и физических стрессоров, с которыми сталкиваются бактерии при очистке сточных вод, может влиять на перенос генов между ними. Исследователи из KAUST обнаружили, что одни комбинации стрессоров значительно увеличивают скорость переноса генов, а другие — снижают. Это открытие может помочь в разработке оптимальных методов проектирования и управления системами очистки сточных вод для их повторного использования.

Во многих регионах мира очищенные сточные воды рассматриваются как потенциально ценный источник пресной воды. «В рамках "Саудовской программы 2030" необходимо увеличить уровень очистки и повторного использования воды», — говорит Ботайна Аль-Гашгари, аспирант группы Пейин Хонг, руководившая исследованием.

Бактерии могут естественным образом поглощать внеклеточную ДНК (eDNA) из окружающей среды и интегрировать содержащиеся в ней функциональные гены в свой геном. Очищенные сточные воды могут содержать бактерии и eDNA в относительно высокой концентрации, а также подвергать бактерии воздействию стрессоров, которые, как известно, усиливают поглощение и интеграцию eDNA. К ним относятся УФ-излучение, побочные продукты химической дезинфекции и фармацевтические препараты.

«Несколько исследований подчеркивали потенциальное влияние отдельных стрессоров в хлорированных сточных водах на горизонтальный перенос генов у бактерий», — отмечает Аль-Гашгари. Однако в реальных условиях сточных вод существует множество стрессоров одновременно.

Исследователи предполагали, что множественные стрессоры окажут аддитивный эффект на скорость переноса генов. К удивлению, выявилась гораздо более сложная картина, говорит Хонг. В зависимости от механизмов действия, одни комбинации давали синергетический эффект и значительно увеличивали скорость переноса генов, другие — нейтральный, а третьи — снижали её. Исследование опубликовано в журнале Nature Water.

«Например, когда стрессор, способный увеличить проницаемость клеточной стенки бактерий, такой как фармацевтический препарат карбамазепин, сочетался последовательно со стрессором, вызывающим повреждение ДНК, например солнечным облучением, два стрессора оказывали синергетический эффект», — объясняет Аль-Гашгари. «Мы также установили, что если стрессор, такой как хлороформ, взаимодействует с eDNA пагубно и напрямую, это может препятствовать интеграции ДНК в геном бактерии и приводить к антагонистическому эффекту».

Эта сложность делает комбинированный эффект множественных стрессоров труднопредсказуемым, что осложняет оценку возможных непреднамеренных последствий для среды, где вода используется повторно, говорит Хонг. Однако результаты дают чёткие выводы для очистки сточных вод.

Ключевая цель — поддерживать концентрацию бактерий и eDNA в сточных водах на таком низком уровне, чтобы перенос генов был минимизирован.

«Мы утверждаем, что вместо песчаной фильтрации очистным сооружениям следует устанавливать мембраны микрофильтрации, поскольку они могут удалять и бактерии, и внеклеточную ДНК до уровней, которые не будут способствовать естественной трансформации», — говорит Хонг. «Установка и эксплуатация микрофильтрационных мембран обойдутся дороже, чем песчаная фильтрация, но мы призываем коммунальные службы принять этот превентивный подход».