Воздействие дезинфицирующих средств на основе четвертичного аммония способствует устойчивости почвенных бактерий к антибиотикам
В связи с ограничением или запретом антибиотиков в животноводстве для поддержания санитарии и предотвращения бактериальных заболеваний всё чаще используются дезинфицирующие средства. Их применение превышает использование антибиотиков, особенно во время пандемий гриппа. Широко используемые дезинфицирующие средства на основе четвертичного аммония усугубляют проблему антимикробной резистентности из-за со- и перекрёстной устойчивости, однако изменения в устойчивости к антибиотикам, вызванные дезинфектантами в почвенной среде, оставались неясными.
В исследовании, опубликованном в Agriculture, Ecosystems & Environment, группа под руководством профессоров Яо Хуайина и Су Цзяньцяна из Института городской среды Китайской академии наук достигла прогресса в понимании того, как воздействие градиентных концентраций дезинфицирующих средств на основе четвертичного аммония вызывает совместный отбор почвенного резистома.
«Соответствующая концентрация дезинфицирующего средства является одним из ключевых факторов в отборе устойчивых бактерий. Особого внимания требуют концентрации на уровне окружающей среды», — сказал профессор Яо.
Была создана краткосрочная почвенная микроэкосистема для изучения динамики профиля генов устойчивости к антибиотикам (ARG) в сельскохозяйственных почвах, обработанных сульфаметазином (SMZ, 10 мг кг–1) и градиентными концентрациями хлорида бензалкония (0, 1, 10, 100 мг кг-1, BC(C12) — широко используемый класс дезинфицирующих средств на основе четвертичного аммония).
Был обнаружен уникальный концентрационный эффект на изменения в профилях ARG в почвах, подвергшихся воздействию различных концентраций BC. С увеличением концентрации BC количество обнаруженных в почве ARG возрастало, в то время как общая численность ARG снижалась.
Наибольшее количество ARG наблюдалось при воздействии высоких концентраций BC. Разве высокая концентрация дезинфектанта не должна напрямую повреждать бактерии? Исследователи предположили, что это явление связано с адсорбцией и накоплением BC в почве.
Дезинфицирующие средства на основе четвертичного аммония являются катионными поверхностно-активными веществами, и их высокая адсорбционная способность к почвенным частицам приводит к снижению биодоступности, тем самым уменьшая минерализацию и острую токсичность. Однако адсорбция и изоляция почвой увеличивают стойкость BC, а постепенное высвобождение BC индуцирует возникновение большей устойчивости к антибиотикам.
«Совместный отбор в пользу антимикробной резистентности происходит только тогда, когда биодоступные концентрации дезинфицирующих средств находятся ниже критической биоцидной концентрации», — сказал профессор Яо. «Сложность почвенной среды и концентрационный эффект дезинфектанта в совокупности формируют профили почвенных ARG».
Исследователи добавили SMZ, чтобы выяснить, будут ли SMZ и BC синергетически способствовать совместному отбору почвенных ARG в условиях комбинированного загрязнения. Неожиданно, SMZ и BC не оказывали явного взаимодействия в формировании профиля ARG в почвах. По сравнению с широкоспектральным фунгицидным действием BC, специфичность SMZ значительно влияла на микробное сообщество. SMZ в основном влиял на вертикальный перенос генов ARG, изменяя численность бактериальных хозяев.
Эта работа способствует будущим оценкам рисков для общественного здоровья, связанных с устойчивостью к антибиотикам, вызванной дезинфицирующими средствами на основе четвертичного аммония. Дезинфектанты попадают в поверхностные воды или почву через канализационные сети и удобрение навозом. Разбавление и деградация приводят к уровням в окружающей среде, которые значительно ниже используемых в точке применения. «Будущие исследования по-прежнему должны быть сосредоточены на более низком диапазоне концентраций BC», — сказал профессор Су.