La disinfezione subletale dell’acqua può inavvertitamente favorire la diffusione della resistenza agli antibiotici

La disinfezione subletale dell’acqua può inavvertitamente favorire la diffusione della resistenza agli antibiotici

Lo studio dimostra che i fattori di stress ambientale non uccidono solo i batteri; Possono anche preparare le cellule sopravvissute ad assorbire i geni della resistenza in modo più efficiente, sollevando preoccupazioni sulla diffusione di batteri resistenti agli antibiotici nei corsi d’acqua.

I geni e i batteri resistenti agli antibiotici sono ora riconosciuti come contaminanti ambientali emergenti, comunemente rilevati nei fiumi, nei laghi, nelle acque reflue e persino negli oceani. I sistemi acquatici forniscono le condizioni ideali per la sopravvivenza, l'interazione e la diffusione dei geni di resistenza tra i microrganismi. I batteri si scambiano materiale genetico attraverso il trasferimento genico orizzontale, inclusa la trasformazione, un processo in cui le cellule assorbono il DNA libero direttamente dal loro ambiente. Sebbene sia noto che la trasformazione contribuisce alla diffusione della resistenza, il suo comportamento in condizioni di stress ambientale realistico, come una disinfezione incompleta, è poco compreso. Il moderno trattamento dell’acqua si affida sempre più all’ossidazione avanzata e a tecnologie basate sulla luce. Tuttavia, le fluttuazioni nell’efficienza della lavorazione possono far sì che i batteri rimangano vivi ma stressati e non completamente inattivati. Comprendere come queste condizioni subletali influenzano la trasmissione dell’ARG è fondamentale per proteggere la salute pubblica.

Uno studio (DOI:10.48130/biocontam-0025-0017) pubblicato suBiocontaminantel’8 dicembre 2025 dal team di Taicheng An, Università di Tecnologia del Guangdong, mostra che la disinfezione subletale dell’acqua può inavvertitamente accelerare la diffusione della resistenza agli antibiotici promuovendo l’assorbimento indotto dallo stress di geni di resistenza nei batteri sopravvissuti.

Utilizzando un sistema di fotocatalisi subletale (Sub-PC) per simulare la disinfezione incompleta dell'acqua, questo studio ha studiato sistematicamente il modo in cui lo stress ossidativo influenza la conversione degli ARG. Due ceppi riceventi sensibili agli antibiotici,Escherichia coliDH5α eE.coliGli HB101 sono stati esposti a condizioni sub-PC e analizzati per l'inattivazione batterica, le risposte allo stress fisiologico e l'assorbimento di ARG utilizzando un plasmide che trasporta il gene di resistenza all'ampicillina (amp). Con un'esposizione identica al sub-PC, l'abbondanza batterica è gradualmente diminuita di circa 2 logaritmi dopo 120 minuti, ma quasi il 10% delle cellule è rimasto vitale, rappresentando un pool sufficiente per il trasferimento genico orizzontale mediante trasformazione. Di conseguenza, i livelli intracellulari di specie reattive dell’ossigeno (ROS) sono aumentati significativamente nella fase iniziale (0-60 minuti), raggiungendo da tre a quattro volte il valore basale, mentre gli enzimi antiossidanti catalasi (CAT) e superossido dismutasi (SOD) erano fortemente indotti, indicando l’attivazione delle difese contro lo stress ossidativo. Con il progredire del trattamento, il danno eccessivo ha portato a una diminuzione dei livelli di ROS, CAT e SOD, che è stata associata alla lisi cellulare e alla perdita. Dopo l'assorbimento del plasmide, i trasformanti resistenti all'ampicillina hanno mostrato una maggiore persistenza sotto sub-PC e hanno mostrato solo una riduzione di circa 1 log in abbondanza, supportando l'idea che l'acquisizione di ARG migliora la tolleranza allo stress. Gli esperimenti di ottimizzazione hanno rivelato che la trasformazione era più efficiente a 37 °C e richiedeva elevate densità di recipienti; La resa massima del trasformante è stata di 10⁸–10⁹ CFU·ml⁻¹, con 10⁸ CFU·ml⁻¹ scelti per una quantificazione efficace. In queste condizioni ottimali, le frequenze di trasformazione aumentavano da tre a quattro volte e mezzo, raggiungendo il picco a 50-60 minuti prima di diminuire con l’aumento del danno cellulare. Le analisi meccanicistiche hanno mostrato che gli scavenger dei ROS hanno attenuato significativamente l'effetto di amplificazione ma non lo hanno abolito, confermando che i ROS sono un fattore chiave. Il sub-PC ha anche aumentato la permeabilità della membrana, aumentato il Ca²⁺ intracellulare di quasi quattro volte e diminuito l'ATP, limitando così l'efflusso di Ca²⁺ e migliorandone l'accumulo. Il profilo dell'espressione genica ha confermato queste tendenze, mostrando una precoce sovraregolazione della risposta allo stress, degli antiossidanti, del trasporto di membrana e dei geni di assorbimento del DNA, nonché la soppressione delle vie metaboliche dell'energia.

I risultati evidenziano un rischio critico ma sottovalutato nei sistemi di trattamento dell’acqua: una disinfezione parzialmente efficace può favorire la diffusione della resistenza agli antibiotici invece di prevenirla. Lo stress subletale non solo consente ai batteri di sopravvivere, ma aumenta anche attivamente la loro capacità di acquisire geni di resistenza dall’ambiente. Questo meccanismo potrebbe contribuire alla persistenza e all’amplificazione della resistenza agli antibiotici nelle acque reflue, nelle acque superficiali e negli ecosistemi a valle.

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