Моделирование сточных вод ферм показывает, что ванночки для копыт — источник устойчивости к антимикробным препаратам

Новое исследование смоделировало потоки сточных вод на фермах и выявило, где происходят всплески устойчивых к антибиотикам бактерий в навозной жиже. Показано, что причиной колебаний может быть вода из медных и цинковых ванночек для копыт, используемых для молочного скота.

Исследователи из Ноттингемского университета разработали математические модели и провели исследования на фермах, чтобы изучить влияние потоков сточных вод и методов управления на устойчивость к противомикробным препаратам (УПП) в навозной жиже. Это первое исследование, изучающее влияние планировки фермы, связанных с разными её зонами практик и их возможного воздействия на возникновение и распространение УПП.

Были зафиксированы временные колебания количества устойчивой к цефалоспоринам Escherichia coli, которые связали с деятельностью на ферме, а именно со сбросом отработанного раствора из медных и цинковых ванночек для копыт в систему навозной жижи. Результаты опубликованы в журнале npj Antimicrobials and Resistance.

Результаты подчеркивают специфические для ферм возможности снижения загрязнения УПП, помимо сокращения использования антибиотиков, включая осторожную утилизацию или переработку отходов, содержащих антимикробные металлы.

Навозная жижа, если её неправильно хранить, может стать источником загрязнения окружающей среды генами и бактериями с УПП, которые в конечном итоге могут попасть в человеческую популяцию через воду или сельскохозяйственные культуры.

Предыдущее моделирование Ноттингемского университета показало, что в резервуарах с навозной жижей, которые оставляли без добавления новых отходов как минимум на 60 дней, распространение антибиотикорезистентных бактерий (АРБ) снижалось, так как бактерии погибали в неблагоприятной среде. Исследователи также заметили, что иногда происходили всплески количества устойчивой к цефалоспоринам Escherichia coli.

«Мы изначально обнаружили, что резервуар с навозной жижей — не такое страшное место для распространения генов устойчивости к противомикробным препаратам, как мы думали. На самом деле, если оставить его в покое на некоторое время, бактерии погибнут в такой неблагоприятной среде. Однако также было интересно, что мы наблюдали колебания особенно проблемной лекарственно-устойчивой бактерии — Escherichia coli.

Когда мы исследовали это дальше с помощью компьютерного моделирования и исследований на ферме, мы увидели прямую корреляцию между сливом воды из цинковых и медных ванночек для копыт в резервуар с навозной жижей и всплеском присутствия Escherichia coli», — сказал Дов Стекель, профессор вычислительной биологии Школы биологических наук Ноттингемского университета.

Помимо антибиотиков, на фермах по всему миру широко используются другие противомикробные средства, такие как металлы (медь и цинк) и другие химические вещества (например, формалин, дезинфицирующие средства), в частности в ванночках для копыт для предотвращения хромоты у скота.

«Известно, что металлы и другие противомикробные агенты (такие как формалин и глутаральдегид) оказывают ко-селективный эффект на устойчивость к антибиотикам. Это означает, что АРБ могут сохраняться в навозной жиже даже после разложения антибиотиков», — сказал д-р Джон Хобман, доцент кафедры микробиологии Школы биологических наук.

Профессор Стекель добавил: «Такое картирование антибиотикорезистентных бактерий позволяет нам понять их точный источник и, что важно, их путь через ферму. Мы надеемся, что эта информация приведет к разработке методов управления сточными водами, которые могут это смягчить».

Инженеры Ноттингемского университета начали исследовать способы удаления меди и цинка из сточных вод ванночек для копыт крупного рогатого скота и обнаружили, что слоистые двойные гидроксиды успешно удаляют медь и цинк. Это было первое успешное исследование по удалению меди и цинка из раствора коммерчески доступной порошковой смеси для ванночек для копыт КРС.