Η υποθανατηφόρα απολύμανση του νερού μπορεί ακούσια να προωθήσει την εξάπλωση της αντοχής στα αντιβιοτικά

Η υποθανατηφόρα απολύμανση του νερού μπορεί ακούσια να προωθήσει την εξάπλωση της αντοχής στα αντιβιοτικά

Η μελέτη δείχνει ότι οι περιβαλλοντικοί στρεσογόνοι παράγοντες δεν σκοτώνουν μόνο τα βακτήρια. Μπορούν επίσης να εκκινήσουν τα επιζώντα κύτταρα για να προσλάβουν γονίδια ανθεκτικότητας πιο αποτελεσματικά, εγείροντας ανησυχίες σχετικά με την εξάπλωση ανθεκτικών στα αντιβιοτικά βακτηρίων στις υδάτινες οδούς.

Τα γονίδια ανθεκτικότητας στα αντιβιοτικά και τα ανθεκτικά στα αντιβιοτικά βακτήρια αναγνωρίζονται πλέον ως αναδυόμενοι περιβαλλοντικοί ρύποι, που συνήθως ανιχνεύονται σε ποτάμια, λίμνες, λύματα και ακόμη και ωκεανούς. Τα υδάτινα συστήματα παρέχουν ιδανικές συνθήκες για την επιβίωση, την αλληλεπίδραση και τη διάδοση των γονιδίων αντίστασης μεταξύ των μικροοργανισμών. Τα βακτήρια ανταλλάσσουν γενετικό υλικό μέσω οριζόντιας μεταφοράς γονιδίων, συμπεριλαμβανομένου του μετασχηματισμού, μιας διαδικασίας κατά την οποία τα κύτταρα απορροφούν ελεύθερο DNA απευθείας από το περιβάλλον τους. Αν και είναι γνωστό ότι ο μετασχηματισμός συμβάλλει στην εξάπλωση της αντίστασης, η συμπεριφορά του κάτω από ρεαλιστικές περιβαλλοντικές πιέσεις - όπως η ελλιπής απολύμανση - είναι ελάχιστα κατανοητή. Η σύγχρονη επεξεργασία νερού βασίζεται όλο και περισσότερο σε προηγμένες τεχνολογίες οξείδωσης και φωτός. Ωστόσο, οι διακυμάνσεις στην αποτελεσματικότητα της επεξεργασίας μπορεί να έχουν ως αποτέλεσμα τα βακτήρια να παραμείνουν ζωντανά, αλλά υπό πίεση και να μην απενεργοποιηθούν πλήρως. Η κατανόηση του τρόπου με τον οποίο αυτές οι υποθανατηφόρες συνθήκες επηρεάζουν τη μετάδοση του ARG είναι ζωτικής σημασίας για την προστασία της δημόσιας υγείας.

Μια μελέτη (DOI:10.48130/biocontam-0025-0017) που δημοσιεύτηκε στοΒιομολύντηςστις 8 Δεκεμβρίου 2025 από την ομάδα του Taicheng An, στο Πανεπιστήμιο Τεχνολογίας του Γκουανγκντόνγκ, δείχνει ότι η υποθανατηφόρα απολύμανση του νερού μπορεί ακούσια να επιταχύνει την εξάπλωση της αντοχής στα αντιβιοτικά προάγοντας την πρόσληψη γονιδίων αντίστασης που προκαλείται από το στρες σε επιζώντα βακτήρια.

Χρησιμοποιώντας ένα σύστημα υποθανατηφόρου φωτοκατάλυσης (Sub-PC) για την προσομοίωση της ατελούς απολύμανσης του νερού, αυτή η μελέτη διερεύνησε συστηματικά πώς το οξειδωτικό στρες επηρεάζει τη μετατροπή των ARGs. Δύο στελέχη λήπτες ευαίσθητα στα αντιβιοτικά,Escherichia coliDH5α καιE.coliΤο HB101 εκτέθηκε σε συνθήκες υπο-PC και προσδιορίστηκε για βακτηριακή αδρανοποίηση, αποκρίσεις φυσιολογικού στρες και πρόσληψη ARG χρησιμοποιώντας ένα πλασμίδιο που φέρει το γονίδιο αντίστασης στην αμπικιλλίνη (amp). Με την ίδια έκθεση σε υπο-Η/Υ, η βακτηριακή αφθονία μειώθηκε σταδιακά κατά περίπου 2 λογάριθμους μετά από 120 λεπτά, ωστόσο σχεδόν το 10% των κυττάρων παρέμεινε βιώσιμα, αντιπροσωπεύοντας μια επαρκή δεξαμενή για οριζόντια μεταφορά γονιδίου με μετασχηματισμό. Αντίστοιχα, τα επίπεδα ενδοκυτταρικών αντιδραστικών ειδών οξυγόνου (ROS) αυξήθηκαν σημαντικά στην πρώιμη φάση (0-60 λεπτά), φτάνοντας τρεις έως τέσσερις φορές τη βασική τιμή, ενώ τα αντιοξειδωτικά ένζυμα καταλάση (CAT) και υπεροξειδική δισμουτάση (SOD) προκλήθηκαν έντονα, υποδεικνύοντας την ενεργοποίηση της άμυνας κατά του οξειδωτικού στρες. Καθώς η θεραπεία προχωρούσε, η υπερβολική βλάβη οδήγησε σε μείωση των επιπέδων ROS, CAT και SOD, η οποία συσχετίστηκε με λύση και διαρροή κυττάρων. Μετά την πρόσληψη πλασμιδίου, τα ανθεκτικά στην αμπικιλλίνη μετασχηματισμένα κύτταρα έδειξαν αυξημένη επιμονή σε υπο-Η/Υ και μόνο περίπου 1 log μείωση στην αφθονία, υποστηρίζοντας την ιδέα ότι η απόκτηση ARG βελτιώνει την ανοχή στο στρες. Τα πειράματα βελτιστοποίησης αποκάλυψαν ότι ο μετασχηματισμός ήταν πιο αποτελεσματικός στους 37 °C και απαιτούσε υψηλές πυκνότητες δέκτη. Η μέγιστη απόδοση μετασχηματισμού ήταν 108-109 CFU·ml-1, με 108 CFU·ml-1 επιλεγμένο για ισχυρή ποσοτικοποίηση. Κάτω από αυτές τις βέλτιστες συνθήκες, οι συχνότητες μετασχηματισμού αυξήθηκαν τρεις έως τέσσερις και μισή φορές, κορυφώνοντας στα 50-60 λεπτά πριν μειωθούν καθώς η κυτταρική βλάβη αυξήθηκε. Οι μηχανιστικές αναλύσεις έδειξαν ότι οι οδοκαθαριστές ROS μείωσαν σημαντικά το φαινόμενο ενίσχυσης αλλά δεν το κατάργησαν, επιβεβαιώνοντας ότι το ROS είναι βασικός οδηγός. Το Sub-PC αύξησε επίσης τη διαπερατότητα της μεμβράνης, αύξησε σχεδόν τετραπλάσιο το ενδοκυτταρικό Ca2+ και μείωσε το ATP, περιορίζοντας έτσι την εκροή Ca2+ και ενισχύοντας τη συσσώρευσή του. Το προφίλ γονιδιακής έκφρασης επιβεβαίωσε αυτές τις τάσεις, δείχνοντας πρώιμη προς τα πάνω ρύθμιση της απόκρισης στο στρες, των αντιοξειδωτικών, της μεταφοράς μεμβράνης και των γονιδίων πρόσληψης DNA, καθώς και καταστολή των ενεργειακών μεταβολικών οδών.

Τα αποτελέσματα υπογραμμίζουν έναν κρίσιμο αλλά υποτιμημένο κίνδυνο στα συστήματα επεξεργασίας νερού: η μερικώς αποτελεσματική απολύμανση μπορεί να προωθήσει τη διάδοση της αντοχής στα αντιβιοτικά αντί να την αποτρέψει. Το υποθανατηφόρο στρες όχι μόνο επιτρέπει στα βακτήρια να επιβιώσουν, αλλά επίσης αυξάνει ενεργά την ικανότητά τους να αποκτούν γονίδια αντίστασης από το περιβάλλον. Αυτός ο μηχανισμός θα μπορούσε να συμβάλει στη διατήρηση και ενίσχυση της αντοχής στα αντιβιοτικά στα λύματα, τα επιφανειακά ύδατα και τα κατάντη οικοσυστήματα.

Πηγές: