Каждый год фермеры в США закупают десятки миллионов фунтов антибиотиков, одобренных для использования у коров, свиней, домашней птицы и другого домашнего скота.
Когда фермеры используют навоз животных в качестве удобрения или подстилки, следы лекарств попадают в окружающую среду, вызывая опасения, что сельское хозяйство может способствовать росту устойчивых к антибиотикам бактерий.
Новые исследования содержат тревожные выводы относительно масштабов этой проблемы.
Согласно паре новых исследований под руководством Дайаны Ага, доктора философии, Генри М. Вудберна, профессора химии в Университете Колледжа искусств и наук Буффало, две из самых элитных систем очистки отходов, доступных сегодня на фермах, не не полностью удалить антибиотики из навоза.
Обе технологии - усовершенствованное анаэробное сбраживание и фильтрация обратным осмосом - оставляют после себя достаточно большое количество остатков антибиотиков, которые могут включать как сами лекарства, так и молекулы, на которые они расщепляются.
Кроме того, исследование выявило новые данные о твердых экскрементах, которые часто отфильтровываются из сырого влажного навоза до внедрения технологий обработки.
Исследователи обнаружили, что это твердое вещество может содержать более высокие концентрации антибиотиков, чем необработанный навоз, и это открытие особенно тревожно, поскольку этот материал часто выбрасывается в окружающую среду, когда он используется в качестве подстилки для животных или продается в качестве удобрения.
"Мы надеялись, что эти передовые технологии лечения смогут убрать антибиотики. Как оказалось, они оказались не такими эффективными, как мы думали", - говорит Ага.
Однако она вселяет некоторую надежду: «С положительной стороны, я думаю, что многоэтапный процесс, который также включает компостирование в конце системы, может значительно снизить уровень антибиотиков. Наши более ранние исследования помета домашней птицы показали что после 150 дней компостирования может быть достигнуто до 70-процентного сокращения количества антибиотиков, называемых ионофорами. Проверка этой гипотезы на навозе молочной фермы является следующим этапом нашего проекта, и мы видим некоторые положительные результаты».
Исследование фильтрации методом обратного осмоса было опубликовано в Интернете в январе в журнале Chemosphere. Исследование расширенного анаэробного пищеварения - результат сотрудничества UB и Virginia Tech - появилось в сети в марте в журнале Environmental Pollution.
Системы очистки отходов не предназначены для удаления антибиотиков
По данным Управления по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США, в 2016 году в США было продано или распределено более 30 миллионов фунтов антибиотиков, одобренных для использования в животноводстве. И это лишь малая часть от общего количества антибиотиков. используется ежегодно во всем мире у людей и животных.
Хотя новое исследование сосредоточено на молочных фермах, результаты указывают на более серьезную проблему.
«Ни одна из изученных нами систем очистки не была разработана для удаления антибиотиков из отходов в качестве основной цели», - говорит Ага. «Расширенное анаэробное сбраживание используется для уменьшения запахов и производства биогаза, а обратный осмос используется для повторного использования воды. Они не предназначались для удаления соединений антибиотиков.
Эта проблема не ограничивается сельским хозяйством: современные системы очистки отходов, в том числе те, которые предназначены для обработки городских сточных вод, больничных отходов и даже отходов предприятий по производству антибиотиков, не рассчитаны на обработку антибиотиков. Это чрезвычайно важная глобальная проблема, поскольку рост устойчивости к антибиотикам в окружающей среде беспрецедентен. Нам нужно начать думать об этом, если мы хотим предотвратить дальнейшее распространение резистентности в окружающей среде».
Ага является сторонником подхода «Единое здоровье» к борьбе с устойчивостью к противомикробным препаратам, который побуждает экспертов, работающих в больницах, сельском хозяйстве и других секторах, связанных со здоровьем человека и животных, работать вместе, поскольку люди и животные часто лечатся с такими же или подобными антибиотиками.
Ага был приглашенным докладчиком на международном форуме на прошлой неделе, посвященном последним исследованиям устойчивости к противомикробным препаратам. Мероприятие в Ванкувере, Канада, проходило под совместным председательством представителей Сети науки и инноваций Великобритании, Wellcome Trust и Центров США по контролю и профилактике заболеваний.
Какашки имеют разные части - и все нужно лечить
Для проведения исследования ученые посетили две молочные фермы в северной части штата Нью-Йорк.
На обоих предприятиях большая часть твердого вещества извлекается из коровьего навоза, а оставшийся ил обрабатывается высокотехнологичными методами утилизации отходов. Для обработки оставшейся массы на одной ферме используется усовершенствованное анаэробное сбраживание, при котором используются микроорганизмы и пастеризация для разрушения и преобразования органических веществ в продукты, содержащие биогаз, а на другой ферме используется обратный осмос, который пропускает навозную жижу через ряд мембран для очистки. вода.
Обе технологии позволили уменьшить количество остатков антибиотиков в жидком навозе, но мало что сделали для снижения уровня оставшегося твердого вещества. Это вызывает особую тревогу, так как исследование также показало, что антибиотические соединения имеют тенденцию мигрировать из жидких частей навоза в твердые вещества во время обработки, что, возможно, делает лечение более важным, чем последнее..
Озабоченность твердыми экскрементами усиливается тем фактом, что методы обработки применяются только после того, как большая часть твердых веществ уже отделена от сырого навоза, а это означает, что основная масса твердых веществ может остаться необработанной.
Некоторые ключевые результаты каждого исследования:
- Исследования продвинутого анаэробного пищеварения изучали популярный класс антибиотиков, называемых тетрациклинами, и обнаружили, что эти лекарства и продукты их распада мигрируют из жидкой части осадка в твердую часть во время обработки. В конце процесса твердые вещества содержали более высокие уровни тетрациклиновых антибиотиков, чем исходный сырой навоз. Исследование также показало, что как жидкие, так и твердые части ила содержат гены, придающие устойчивость к этим антибиотикам.
- Исследование обратного осмоса показало, насколько хорошо этот метод очистки воды удаляет синтетические противомикробные вещества, называемые ионофорами, которые используются для стимулирования роста молочных коров и лечения кокцидиоза, дорогостоящего паразитарного заболевания в животноводстве, которое поражает в основном молодые телята. Исследования показали, что обратный осмос эффективно отфильтровывает ионофоры из жидкой части навоза. Однако в «очищенной» воде после обработки сохранялись низкие уровни препаратов из-за износа мембран, используемых в процессе фильтрации. Кроме того, твердые вещества, извлеченные из воды во время обратного осмоса, по-прежнему содержали высокие уровни ионофоров. Наконец, исследование показало, что до обработки многие ионофоры, по-видимому, уже мигрировали в твердую часть сырого навоза, который удаляется еще до начала обратного осмоса..
«Обе системы, которые мы изучили, являются хорошим первым шагом к уменьшению распространения антибиотиков и потенциальному снижению резистентности в окружающей среде, но наше исследование показывает, что необходимо сделать больше», - говорит Ага. «Нам нужно рассмотреть различные методы обращения с отходами, которые, возможно, в сочетании могли бы уменьшить распространение антибиотиков и резистентность в окружающей среде».
Ага указывает на компостирование как на одну из областей для изучения. Ее команда изучает, как можно использовать передовое анаэробное сбраживание в сочетании с компостированием твердых материалов для удаления антибиотиков и продуктов их распада из навоза. По словам Ага, предварительные результаты исследования, которые еще не опубликованы, обнадеживают.