Subletale waterdesinfectie kan onbedoeld de verspreiding van antibioticaresistentie bevorderen

Subletale waterdesinfectie kan onbedoeld de verspreiding van antibioticaresistentie bevorderen

De studie toont aan dat omgevingsstressoren niet alleen bacteriën doden; Ze kunnen ook overlevende cellen stimuleren om resistentiegenen efficiënter op te nemen, wat aanleiding geeft tot bezorgdheid over de verspreiding van antibioticaresistente bacteriën in waterwegen.

Antibioticaresistentiegenen en antibioticaresistente bacteriën worden nu erkend als opkomende milieuverontreinigende stoffen, die vaak worden aangetroffen in rivieren, meren, rioolwater en zelfs oceanen. Aquatische systemen bieden ideale omstandigheden voor de overleving, interactie en verspreiding van resistentiegenen onder micro-organismen. Bacteriën wisselen genetisch materiaal uit via horizontale genoverdracht, inclusief transformatie, een proces waarbij cellen vrij DNA rechtstreeks uit hun omgeving opnemen. Hoewel bekend is dat transformatie bijdraagt ​​aan de verspreiding van resistentie, wordt het gedrag ervan onder realistische omgevingsstress – zoals onvolledige desinfectie – slecht begrepen. Moderne waterbehandeling is steeds meer afhankelijk van geavanceerde oxidatie- en op licht gebaseerde technologieën. Fluctuaties in de verwerkingsefficiëntie kunnen er echter toe leiden dat bacteriën in leven blijven, maar gestrest raken en niet volledig worden geïnactiveerd. Begrijpen hoe deze subletale omstandigheden de overdracht van ARG beïnvloeden, is van cruciaal belang voor de bescherming van de volksgezondheid.

Een studie (DOI:10.48130/biocontam-0025-0017) gepubliceerd inBioverontreinigingop 8 december 2025 door Taicheng An's team, Guangdong University of Technology, laat zien dat subletale waterdesinfectie onbedoeld de verspreiding van antibioticaresistentie kan versnellen door de door stress geïnduceerde opname van resistentiegenen in overlevende bacteriën te bevorderen.

Met behulp van een subletaal fotokatalysesysteem (Sub-PC) om onvolledige waterdesinfectie te simuleren, onderzocht deze studie systematisch hoe oxidatieve stress de omzetting van ARG's beïnvloedt. Twee antibioticagevoelige ontvangende stammen,Escherichia coliDH5α enE.coliHB101 werd blootgesteld aan sub-PC-omstandigheden en getest op bacteriële inactivatie, fysiologische stressreacties en ARG-opname met behulp van een plasmide dat het ampicillineresistentiegen (amp) draagt. Met identieke sub-PC-blootstelling nam de bacteriële overvloed na 120 minuten geleidelijk af met ongeveer 2 logaritmen, maar toch bleef bijna 10% van de cellen levensvatbaar, wat een voldoende pool vertegenwoordigt voor horizontale genoverdracht door transformatie. Dienovereenkomstig stegen de niveaus van intracellulaire reactieve zuurstofspecies (ROS) aanzienlijk in de vroege fase (0-60 minuten) en bereikten drie tot vier keer de basiswaarde, terwijl de antioxiderende enzymen catalase (CAT) en superoxide dismutase (SOD) sterk werden geïnduceerd, wat wijst op activering van de afweer tegen oxidatieve stress. Naarmate de behandeling vorderde, leidde overmatige schade tot een afname van de ROS-, CAT- en SOD-niveaus, wat geassocieerd was met cellyse en lekkage. Na opname van plasmiden vertoonden ampicilline-resistente transformanten een verhoogde persistentie onder sub-PC en vertoonden ze slechts een vermindering van ongeveer 1 log in de overvloed, wat het idee ondersteunt dat ARG-acquisitie de stresstolerantie verbetert. Uit optimalisatie-experimenten bleek dat de transformatie het meest efficiënt was bij 37 °C en een hoge ontvangerdichtheid vereiste; De maximale transformantopbrengst was 10⁸–10⁹ CFU·ml⁻¹, waarbij 10⁸ CFU·ml⁻¹ gekozen werd voor robuuste kwantificering. Onder deze optimale omstandigheden namen de transformatiefrequenties drie tot vier en een half keer toe, met een piek van 50-60 minuten voordat ze afnamen naarmate de celschade toenam. Mechanistische analyses toonden aan dat ROS-scavengers het amplificatie-effect aanzienlijk verzwakten, maar het niet teniet deden, wat bevestigt dat ROS een belangrijke drijvende kracht is. Sub-PC verhoogde ook de membraanpermeabiliteit, verhoogde het intracellulaire Ca²⁺ bijna viervoudig en verlaagde ATP, waardoor de Ca²⁺-efflux werd beperkt en de accumulatie ervan werd verbeterd. Genexpressieprofilering bevestigde deze trends en toonde een vroege opregulatie van stressrespons-, antioxidant-, membraantransport- en DNA-opnamegenen, evenals onderdrukking van energiemetabolische routes.

De resultaten benadrukken een kritisch maar onderschat risico in waterbehandelingssystemen: gedeeltelijk effectieve desinfectie kan de verspreiding van antibioticaresistentie bevorderen in plaats van voorkomen. Subletale stress zorgt er niet alleen voor dat bacteriën kunnen overleven, maar vergroot ook actief hun vermogen om resistentiegenen uit de omgeving te verwerven. Dit mechanisme zou kunnen bijdragen aan het voortduren en versterken van antibioticaresistentie in afvalwater, oppervlaktewater en stroomafwaartse ecosystemen.

Bronnen: