Когда люди принимают антибиотики, часть дозы выводится с мочой и калом и попадает в сточные воды. Присутствие даже низких доз антибиотиков создаёт условия для эволюции устойчивых бактерий.
Учёные, изучающие устойчивые к антибиотикам бактерии в сточных водах на очистных сооружениях, обнаружили штаммы бактерий, устойчивые к нескольким препаратам. Эти штаммы обычно не опасны для здоровых людей, но могут передавать гены устойчивости к антибиотикам гораздо более опасным бактериям, таким как кишечная палочка (Escherichia coli).
Учёные испытали действие природных соединений, которые потенциально могут быть включены в процесс очистки сточных вод для уничтожения бактерий и борьбы с устойчивостью к антибиотикам. Наиболее эффективными оказались куркумин (из куркумы) и эмодин (из ревеня).
«Без улучшения очистки сточные воды могут служить рассадником „супербактерий“, которые могут попасть в водные ресурсы, такие как реки, озёра и водохранилища, создавая потенциальные риски для здоровья населения», — сказала доктор Лиюань «Джоанна» Хоу из Университета штата Юта, старший автор статьи в журнале Frontiers in Microbiology.
Цель учёных — выделить и охарактеризовать мультирезистентные бактерии, изучить молекулярные механизмы устойчивости с помощью полногеномного секвенирования и оценить потенциал природных соединений в качестве альтернативных стратегий борьбы с устойчивостью.
Развитие устойчивости к антибиотикам
Устойчивость к антибиотикам развивается, когда бактерии эволюционируют, становясь менее уязвимыми к антибиотикам. Это более вероятно, если бактерии подвергаются воздействию дозы вакцины, которая слишком мала, чтобы убить их всех; у выживших развивается устойчивость. У человека, инфицированного такими устойчивыми бактериями, лечение может не дать эффекта, что может сделать рутинную хирургическую операцию или болезнь гораздо более опасными.
Некоторые бактерии устойчивы к нескольким антибиотикам; эти инфекции часто лечат препаратами «последней надежды», такими как колистин. Однако, когда Хоу и её коллеги исследовали образцы сточных вод с очистных сооружений в Логане, штат Юта, они обнаружили колонии бактерий, устойчивые даже к колистину. Это подчёркивает актуальность поиска способов профилактики и лечения бактериальных инфекций, минимизирующих использование антибиотиков.
Учёные исследовали свои образцы с помощью одного антибиотика, сульфаметоксазола, чтобы идентифицировать девять различных устойчивых к антибиотикам штаммов. Эти штаммы бактерий затем были протестированы на чувствительность к нескольким классам антибиотиков.
Их геномы также были секвенированы, что позволило учёным идентифицировать не только сами бактерии, но и гены, которые способствуют их устойчивости к антибиотикам. Один штамм, U2, с наибольшим количеством и разнообразием генов устойчивости к антибиотикам, был устойчив ко всем протестированным антибиотикам.
Штаммы представляли виды Microbacterium, Chryseobacterium, Lactococcus lactis и Psychrobacter, которые редко представляют опасность для большинства людей, но это не значит, что их присутствие не вызывает беспокойства.
«Хотя традиционно эти бактерии не классифицируются как патогены, имеющие высокий приоритет для клинической медицины, некоторые из них являются условно-патогенными микроорганизмами, связанными с такими инфекциями, как пневмония у людей с ослабленным иммунитетом», — объяснила Хоу. «Эти бактерии также могут выступать в качестве экологических резервуаров, передавая гены устойчивости другим бактериям, включая клинически значимые патогены».
Учёные испытали колонии этих бактерий с различными концентрациями 11 природных соединений: берберина, хлорфлавонина, хризина, куркумина, эмодина, гесперидина, нарингенина, кверцетина, ресвератрола, рутина и 2′-гидроксифлавона. Затем они изучили различные показатели состояния колоний: рост клеток, образование биоплёнок и активность бактерий.
«Мы выбрали группу соединений, полученных в основном из растений, таких как куркумин из куркумы, кверцетин из лука и яблок, и эмодин из ревеня», — сказала Хоу. «Эти соединения были выбраны на основе их заявленных антимикробных или анти-биоплёночных свойств в предыдущих исследованиях и их естественного обилия, что делает их перспективными кандидатами для изучения новых, экологически чистых подходов к снижению устойчивости».
Они обнаружили, что эмодин и куркумин лучше всего подавляют рост клеток и образование биоплёнок, в то время как куркумин и более высокая доза эмодина снижали клеточную активность, хотя низкая доза эмодина повышала активность нескольких штаммов. Однако грамотрицательные бактерии, такие как Chryseobacterium, были устойчивы ко всем соединениям.
«Хотя природные соединения, такие как куркумин и эмодин, демонстрируют многообещающие результаты в подавлении грамположительных мультирезистентных бактерий, необходимы дальнейшие исследования», — сказала Хоу.
«Будущая работа должна включать тестирование этих соединений в сложных матрицах сточных вод, изучение синергетических эффектов с существующими процессами очистки и оценку долгосрочного воздействия на микробные сообщества и динамику устойчивости. Кроме того, переход от лабораторных исследований к пилотным испытаниям будет иметь решающее значение для оценки осуществимости и экологической безопасности».