A szubletális vízfertőtlenítés akaratlanul is elősegítheti az antibiotikum-rezisztencia terjedését

A szubletális vízfertőtlenítés akaratlanul is elősegítheti az antibiotikum-rezisztencia terjedését

A tanulmány azt mutatja, hogy a környezeti stresszorok nem csak a baktériumokat pusztítják el; A túlélő sejteket is beindíthatják, hogy hatékonyabban vegyék fel a rezisztenciagéneket, ami aggodalmat kelt az antibiotikum-rezisztens baktériumok vízi utakon való elterjedésével kapcsolatban.

Az antibiotikum-rezisztencia-géneket és az antibiotikum-rezisztens baktériumokat ma újonnan megjelenő környezeti szennyező anyagokként ismerik fel, amelyeket általában folyókban, tavakban, szennyvizekben és még az óceánokban is észlelnek. A vízi rendszerek ideális feltételeket biztosítanak a rezisztencia gének mikroorganizmusok közötti túléléséhez, kölcsönhatásához és terjedéséhez. A baktériumok horizontális géntranszferen keresztül genetikai anyagot cserélnek ki, beleértve a transzformációt is, amely folyamat során a sejtek közvetlenül a környezetükből szívják fel a szabad DNS-t. Bár köztudott, hogy az átalakulás hozzájárul a rezisztencia terjedéséhez, viselkedése reális környezeti igénybevételek – például a hiányos fertőtlenítés – mellett kevéssé ismert. A modern vízkezelés egyre inkább a fejlett oxidációs és fényalapú technológiákra támaszkodik. A feldolgozási hatékonyság ingadozása azonban azt eredményezheti, hogy a baktériumok életben maradnak, de stressznek vannak kitéve, és nem inaktiválódnak teljesen. A közegészség védelme szempontjából kritikus fontosságú annak megértése, hogy ezek a szubletális körülmények hogyan befolyásolják az ARG átvitelét.

Egy tanulmány (DOI:10.48130/biocontam-0025-0017)Bioszennyező2025. december 8-án Taicheng An csapata, a Guangdong University of Technology kimutatta, hogy a szubletális vízfertőtlenítés akaratlanul is felgyorsíthatja az antibiotikum-rezisztencia terjedését azáltal, hogy elősegíti a túlélő baktériumok rezisztencia gének stressz által kiváltott felvételét.

A szubletális fotokatalízis (Sub-PC) rendszer segítségével a nem teljes vízfertőtlenítés szimulálására ez a tanulmány szisztematikusan vizsgálta, hogy az oxidatív stressz hogyan befolyásolja az ARG-k átalakulását. Két antibiotikum-érzékeny recipiens törzs,Escherichia coliDH5α ésE. coliA HB101-et szubPC-körülményeknek tesszük ki, és megvizsgáljuk a bakteriális inaktivációt, a fiziológiás stresszválaszokat és az ARG-felvételt az ampicillin rezisztencia gént (amp) hordozó plazmid segítségével. Azonos sub-PC expozíció mellett a baktériumok száma fokozatosan, körülbelül 2 logaritmussal csökkent 120 perc elteltével, ennek ellenére a sejtek csaknem 10%-a életképes maradt, ami elegendő készletet jelent a transzformáció útján történő horizontális génátvitelhez. Ennek megfelelően az intracelluláris reaktív oxigénfajták (ROS) szintje a korai fázisban (0-60 perc) jelentősen megemelkedett, elérve az alapérték három-négyszeresét, míg a kataláz (CAT) és a szuperoxid-diszmutáz (SOD) antioxidáns enzimek erősen indukáltak, jelezve az oxidatív stressz elleni védekezés aktiválódását. A kezelés előrehaladtával a túlzott károsodás a ROS, CAT és SOD szintjének csökkenéséhez vezetett, ami sejtlízissel és szivárgással járt együtt. A plazmidfelvételt követően az ampicillinrezisztens transzformánsok fokozott perzisztenciát mutattak sub-PC alatt, és csak körülbelül 1 logaritmikus csökkenést mutattak a bőségben, ami alátámasztja azt az elképzelést, hogy az ARG megszerzése javítja a stressztűrést. Az optimalizálási kísérletek kimutatták, hogy a transzformáció 37 °C-on volt a leghatékonyabb, és nagy befogadósűrűséget igényel; A maximális transzformáns hozam 10-109 CFU·ml-1 volt, és 108 CFU·ml-1¹et választottunk a robusztus mennyiségi meghatározáshoz. Ilyen optimális körülmények között a transzformációs frekvenciák három-négy és félszeresére nőttek, 50-60 perccel tetőzve, majd a sejtkárosodás növekedésével csökkentek. A mechanikai elemzések azt mutatták, hogy a ROS scavengerek jelentősen gyengítették az erősítési hatást, de nem szüntették meg, megerősítve, hogy a ROS kulcsfontosságú hajtóerő. A szub-PC emellett növelte a membrán permeabilitását, csaknem négyszeresére növelte az intracelluláris Ca²+-t és csökkentette az ATP-t, ezáltal korlátozva a Ca²⁺-kiáramlást és fokozva annak felhalmozódását. A génexpressziós profilozás megerősítette ezeket a tendenciákat, kimutatva a stresszválasz, az antioxidáns, a membrántranszport és a DNS-felvétel gének korai felszabályozását, valamint az energia metabolikus útvonalak elnyomását.

Az eredmények rávilágítanak egy kritikus, de alábecsült kockázatra a vízkezelő rendszerekben: a részlegesen hatékony fertőtlenítés megelőzés helyett elősegítheti az antibiotikum-rezisztencia terjedését. A szubletális stressz nemcsak a baktériumok túlélését teszi lehetővé, hanem aktívan növeli a képességüket, hogy rezisztenciagéneket szerezzenek be a környezetből. Ez a mechanizmus hozzájárulhat az antibiotikum-rezisztencia fennmaradásához és erősödéséhez a szennyvízben, a felszíni vizekben és az alsóbbrendű ökoszisztémákban.

Források: