Subletal vanndesinfeksjon kan utilsiktet fremme spredningen av antibiotikaresistens

Subletal vanndesinfeksjon kan utilsiktet fremme spredningen av antibiotikaresistens

Studien viser at miljøstressfaktorer ikke bare dreper bakterier; De kan også prime overlevende celler til å ta opp resistensgener mer effektivt, noe som vekker bekymring for spredningen av antibiotikaresistente bakterier i vannveier.

Antibiotikaresistensgener og antibiotikaresistente bakterier er nå anerkjent som nye miljøforurensninger, ofte oppdaget i elver, innsjøer, kloakk og til og med hav. Akvatiske systemer gir ideelle forhold for overlevelse, interaksjon og spredning av resistensgener blant mikroorganismer. Bakterier utveksler genetisk materiale gjennom horisontal genoverføring, inkludert transformasjon, en prosess der celler absorberer fritt DNA direkte fra miljøet. Selv om transformasjon er kjent for å bidra til spredning av resistens, er dens oppførsel under realistiske miljøbelastninger - som ufullstendig desinfeksjon - dårlig forstått. Moderne vannbehandling er i økende grad avhengig av avanserte oksidasjons- og lysbaserte teknologier. Imidlertid kan svingninger i prosesseringseffektivitet føre til at bakterier forblir i live, men stresset og ikke fullstendig inaktivert. Å forstå hvordan disse subletale forholdene påvirker ARG-overføring er avgjørende for å beskytte folkehelsen.

En studie (DOI:10.48130/biocontam-0025-0017) publisert iBiokontaminant8. desember 2025 av Taicheng Ans team, Guangdong University of Technology, viser at subletal vanndesinfeksjon utilsiktet kan akselerere spredningen av antibiotikaresistens ved å fremme stressindusert opptak av resistensgener i overlevende bakterier.

Ved å bruke et subletal fotokatalysesystem (Sub-PC) for å simulere ufullstendig vanndesinfeksjon, undersøkte denne studien systematisk hvordan oksidativt stress påvirker konverteringen av ARG-er. To antibiotika-mottakelige mottakerstammer,Escherichia coliDH5α ogE.coliHB101 ble utsatt for sub-PC-forhold og analysert for bakteriell inaktivering, fysiologiske stressresponser og ARG-opptak ved bruk av et plasmid som bærer ampicillinresistensgenet (amp). Med identisk sub-PC-eksponering avtok bakteriell overflod gradvis med omtrent 2 logaritmer etter 120 minutter, men nesten 10% av cellene forble levedyktige, og representerte et tilstrekkelig basseng for horisontal genoverføring ved transformasjon. Følgelig økte nivåer av intracellulære reaktive oksygenarter (ROS) betydelig i den tidlige fasen (0–60 minutter), og nådde tre til fire ganger basislinjeverdien, mens antioksidantenzymene katalase (CAT) og superoksiddismutase (SOD) ble sterkt indusert, noe som indikerer aktivering av forsvar mot oksidativt stress. Etter hvert som behandlingen gikk, førte overdreven skade til en reduksjon i ROS-, CAT- og SOD-nivåer, som var assosiert med cellelyse og lekkasje. Etter plasmidopptak viste ampicillin-resistente transformanter økt utholdenhet under sub-PC og viste bare en omtrentlig 1 log reduksjon i overflod, noe som støtter oppfatningen om at ARG-erverv forbedrer stresstoleransen. Optimaliseringseksperimenter viste at transformasjonen var mest effektiv ved 37 °C og krevde høye resipienttettheter; Maksimal transformantutbytte var 10⁸–10⁹ CFU·ml⁻1, med 108 CFU·ml⁻1 valgt for robust kvantifisering. Under disse optimale forholdene økte transformasjonsfrekvensene tre til fire og en halv ganger, og nådde en topp ved 50–60 minutter før de avtok etter hvert som celleskaden økte. Mekanistiske analyser viste at ROS-rensere svekket forsterkningseffekten betydelig, men avskaffet den ikke, noe som bekreftet at ROS er en nøkkeldriver. Sub-PC økte også membranpermeabiliteten, økte intracellulær Ca²⁺ nesten fire ganger og reduserte ATP, og begrenset derved Ca²⁺-utstrømningen og forbedret akkumuleringen. Genekspresjonsprofilering bekreftet disse trendene, og viste tidlig oppregulering av stressrespons, antioksidant-, membrantransport- og DNA-opptaksgener, samt undertrykkelse av energimetabolske veier.

Resultatene fremhever en kritisk, men undervurdert risiko i vannbehandlingssystemer: delvis effektiv desinfeksjon kan fremme spredningen av antibiotikaresistens i stedet for å forhindre den. Subletalt stress lar ikke bare bakterier overleve, men øker også aktivt deres evne til å tilegne seg resistensgener fra miljøet. Denne mekanismen kan bidra til vedvarende og forsterkning av antibiotikaresistens i avløpsvann, overflatevann og nedstrøms økosystemer.

Kilder: