Subletaali veden desinfiointi voi vahingossa edistää antibioottiresistenssin leviämistä

Subletaali veden desinfiointi voi vahingossa edistää antibioottiresistenssin leviämistä

Tutkimus osoittaa, että ympäristön stressitekijät eivät vain tapa bakteereja; Ne voivat myös pohjustaa elossa olevia soluja ottamaan vastaan ​​resistenssigeenejä tehokkaammin, mikä herättää huolta antibiooteille vastustuskykyisten bakteerien leviämisestä vesistöissä.

Antibioottiresistenssigeenit ja antibiooteille vastustuskykyiset bakteerit tunnustetaan nyt nouseviksi ympäristön saastaviksi aineiksi, joita havaitaan yleisesti joista, järvistä, viemäristä ja jopa valtameristä. Vesijärjestelmät tarjoavat ihanteelliset olosuhteet resistenssigeenien selviytymiselle, vuorovaikutukselle ja leviämiselle mikro-organismien keskuudessa. Bakteerit vaihtavat geneettistä materiaalia horisontaalisella geenisiirrolla, mukaan lukien transformaatio, prosessi, jossa solut absorboivat vapaata DNA:ta suoraan ympäristöstään. Vaikka transformaation tiedetään edistävän resistenssin leviämistä, sen käyttäytymistä realistisissa ympäristön rasituksissa - kuten epätäydellinen desinfiointi - ymmärretään huonosti. Nykyaikainen vedenkäsittely perustuu yhä enemmän kehittyneisiin hapetus- ja valopohjaisiin teknologioihin. Prosessoinnin tehokkuuden vaihtelut voivat kuitenkin johtaa siihen, että bakteerit pysyvät elossa, mutta stressaantuvat eivätkä täysin inaktivoidu. Sen ymmärtäminen, kuinka nämä subletaalit olosuhteet vaikuttavat ARG-tartuntaan, on erittäin tärkeää kansanterveyden suojelemiseksi.

Tutkimus (DOI:10.48130/biocontam-0025-0017), joka julkaistiinBiokontaminantti8. joulukuuta 2025, Taicheng Anin tiimi, Guangdongin teknillinen yliopisto, osoittaa, että subletaali veden desinfiointi voi vahingossa kiihdyttää antibioottiresistenssin leviämistä edistämällä stressin aiheuttamaa resistenssigeenien sisäänottoa selviytyneissä bakteereissa.

Tässä tutkimuksessa tutkittiin systemaattisesti, kuinka oksidatiivinen stressi vaikuttaa ARG:iden muuntamiseen käyttämällä subletaalista fotokatalyysijärjestelmää (Sub-PC) epätäydellisen veden desinfioinnin simuloimiseksi. Kaksi antibiooteille herkkää vastaanottajakantaa,Escherichia coliDH5α jaE. coliHB101 altistettiin sub-PC-olosuhteille ja niistä määritettiin bakteerien inaktivaatio, fysiologiset stressivasteet ja ARG:n sisäänotto käyttämällä plasmidia, joka sisälsi ampisilliiniresistenssigeenin (amp). Identtisellä sub-PC-altistuksella bakteerien määrä väheni vähitellen noin 2 logaritmilla 120 minuutin kuluttua, mutta silti lähes 10 % soluista säilyi elävinä, mikä edustaa riittävää poolia horisontaalista geeninsiirtoa varten transformaatiolla. Vastaavasti solunsisäisten reaktiivisten happilajien (ROS) tasot nousivat merkittävästi varhaisessa vaiheessa (0–60 minuuttia) saavuttaen 3–4 kertaa perusarvon, kun taas antioksidanttientsyymit katalaasi (CAT) ja superoksididismutaasi (SOD) indusoituivat voimakkaasti, mikä osoitti, että suojaus aktivoitui oksidatiivista stressiä vastaan. Hoidon edetessä liiallinen vaurio johti ROS-, CAT- ja SOD-tasojen laskuun, mikä liittyi solujen hajoamiseen ja vuotamiseen. Plasmidin sisäänoton jälkeen ampisilliiniresistentit transformantit osoittivat lisääntynyttä pysyvyyttä sub-PC:n alla ja osoittivat vain noin 1 logaritmin vähenemistä runsaudessa, mikä tukee käsitystä, että ARG:n hankinta parantaa stressinsietokykyä. Optimointikokeet paljastivat, että transformaatio oli tehokkain 37 °C:ssa ja vaati suuria vastaanottajatiheyksiä; Transformanttien enimmäissaanto oli 108-109 CFU·ml-1, ja 108 CFU·ml-1 valittiin vankkaa kvantifiointia varten. Näissä optimaalisissa olosuhteissa transformaatiotaajuudet kasvoivat kolmesta neljään ja puoleen, saavuttaen huippunsa 50–60 minuutissa ennen kuin ne pienenivät soluvaurion lisääntyessä. Mekanistiset analyysit osoittivat, että ROS-poistoaineet heikensivät merkittävästi vahvistusvaikutusta, mutta eivät poistaneet sitä, mikä vahvistaa, että ROS on avaintekijä. Sub-PC lisäsi myös kalvon läpäisevyyttä, lisäsi solunsisäistä Ca2+-tasoa lähes nelinkertaiseksi ja vähensi ATP:tä, mikä rajoittaa Ca2+-effluxia ja tehosti sen kertymistä. Geenien ilmentymisen profilointi vahvisti nämä suuntaukset osoittaen stressivasteen, antioksidantti-, kalvokuljetus- ja DNA:n sisäänoton geenien varhaista lisääntymistä sekä energian aineenvaihduntareittien tukahduttamista.

Tulokset tuovat esiin kriittisen mutta aliarvioidun riskin vedenkäsittelyjärjestelmissä: osittain tehokas desinfiointi voi edistää antibioottiresistenssin leviämistä sen estämisen sijaan. Subletaali stressi ei vain mahdollista bakteerien selviytymistä, vaan myös lisää aktiivisesti niiden kykyä hankkia resistenssigeenejä ympäristöstä. Tämä mekanismi voisi edistää antibioottiresistenssin säilymistä ja lisääntymistä jätevesissä, pintavesissä ja alavirran ekosysteemeissä.

Lähteet: