Каждый год не менее 2 миллионов американцев заражаются бактериями, которые не поддаются лечению антибиотиками, и по меньшей мере 23 000 из них умирают, по данным Центров по контролю за заболеваниями.
Эти бактерии могут оказаться в нашей воде, поэтому мы используем дезинфицирующие средства, чтобы убить их или остановить их рост, чтобы очистить как сточные воды, так и питьевую воду.
Но до сих пор немногие исследователи изучали, эффективны ли эти методы лечения для удаления генов, кодирующих признаки, которые делают эти бактерии устойчивыми к антибиотикам. Некоторые исследователи обеспокоены тем, что даже после лечения нерезистентные бактерии все еще могут стать устойчивыми, заимствуя интактные гены, оставшиеся от поврежденных устойчивых к антибиотикам бактерий.
Хотя неясно, происходит ли это в настоящее время, исследователи хотят быть готовыми к этому сценарию. Поэтому команда из Вашингтонского университета проверила, насколько хорошо современные методы дезинфекции воды и сточных вод влияют на гены устойчивости к антибиотикам в бактериальной ДНК. Хотя эти методы хорошо работают для сдерживания роста бактерий, они с разной степенью успеха либо разрушают, либо деактивируют репрезентативный ген устойчивости к антибиотикам.
Исследователи недавно опубликовали свои результаты в журнале Environmental Science & Technology и разрабатывают модель для правильного лечения любого гена устойчивости к антибиотикам.
«ДНК сама по себе не является особенно токсичной или вредной. Но важно учитывать ее судьбу, когда она попадает в окружающую среду, потому что она потенциально может распространять нежелательные черты в бактериальных сообществах», - сказал соответствующий автор Майкл Додд, доцент в Департамент гражданской и экологической инженерии UW.«Мы обнаруживаем в окружающей среде все больше и больше значимых с медицинской точки зрения генов устойчивости к антибиотикам.
Признание того, что эти гены присутствуют в окружающей среде, не ново - другие группы уже предоставили большой объем информации об их поведении в качестве загрязнителей окружающей среды. Уникальность нашей работы заключается в том, что мы фокусируемся на действительно раскрывая и характеризуя, как различные процессы дезинфекции влияют на судьбу таких генов, чтобы мы могли лучше понять, как эти различные методы лечения влияют на устойчивые к антибиотикам бактерии и их ДНК в нашей воде».
Существующие водоочистные сооружения используют различные методы дезинфекции. В большинстве случаев вода подвергается воздействию УФ-излучения или хлор- или кислородсодержащих соединений, таких как хлор сам по себе или озон..
Чтобы определить, как эти методы влияют как на бактерии, так и на гены устойчивости к антибиотикам, Додд и его команда использовали модельную систему: безвредную почвенную бактерию под названием Bacillus subtilis. Команда работала со штаммом B. subtilis, который производил избыточный ген, называемый blt, который вырабатывает белок, позволяющий B. subtilis выкачивать антибиотики, что делает бактерию устойчивой к целому ряду распространенных антибиотиков.
Исследователи подвергали бактерии воздействию различных методов дезинфекции, а затем следили за двумя вещами: насколько хорошо обработанные бактерии росли под воздействием антибиотиков и был ли поврежден ген внутри бактерий.
«Как мы и ожидали, все методы лечения, которые мы рассматривали, оказались успешными в нарушении жизнеспособности бактерий», - сказал первый автор Хуан Хе, докторант Университета Вашингтона в области гражданской и экологической инженерии. «Но мы получили смешанные результаты для повреждения ДНК».
При типичном воздействии, используемом для очистки воды, три метода показали более чем 90%-ную деградацию или дезактивацию гена: ультрафиолетовое излучение, озон и хлор. Команда определила, что эти три метода в значительной степени успешны в предотвращении распространения устойчивости к антибиотикам, как за счет дезактивации бактерий, так и за счет повреждения гена устойчивости.
Но два других дезинфицирующих средства, называемых диоксидом хлора и монохлорамином, практически не повреждают ген.
«Мы обнаружили, что эти два метода разрушают ДНК так медленно, что почти ничего не происходит в течение того времени, которое вода подвергается воздействию в типичных условиях обработки», - сказал Хе. «На самом деле мы обнаружили, что ДНК бактерий, обработанных диоксидом хлора и монохлорамином, сохраняет способность передавать признаки устойчивости к антибиотикам нерезистентным бактериям еще долгое время после того, как исходные бактерии уничтожены».
В настоящее время команда знает, как быстро эти дезинфицирующие методы влияют на ген, используемый в исследовании. Теперь исследователи разрабатывают модель, которая позволит им оценить, насколько быстро будет поврежден тот или иной ген.
«Если мы сможем предсказать, насколько эффективно каждый метод дезинфекции деактивирует или ухудшит определенный ген, тогда мы сможем лучше оценить эффективные стратегии лечения для деградации любого гена устойчивости к антибиотикам, который вызывает беспокойство», - сказал Додд.«Процессы дезинфекции - очень важные инструменты для предотвращения распространения устойчивости к антибиотикам. Мы пытаемся лучше понять их, чтобы мы могли более эффективно разрабатывать и использовать их в будущем».