Subletalt vattendesinfektion kan oavsiktligt främja spridningen av antibiotikaresistens

Subletalt vattendesinfektion kan oavsiktligt främja spridningen av antibiotikaresistens

Studien visar att miljöstressorer inte bara dödar bakterier; De kan också förbereda överlevande celler för att ta upp resistensgener mer effektivt, vilket väcker oro för spridningen av antibiotikaresistenta bakterier i vattendrag.

Antibiotikaresistensgener och antibiotikaresistenta bakterier erkänns nu som nya miljöföroreningar, som ofta upptäcks i floder, sjöar, avlopp och till och med hav. Vattensystem ger idealiska förutsättningar för överlevnad, interaktion och spridning av resistensgener bland mikroorganismer. Bakterier utbyter genetiskt material genom horisontell genöverföring, inklusive transformation, en process där celler absorberar fritt DNA direkt från sin miljö. Även om transformation är känd för att bidra till spridningen av resistens, är dess beteende under realistiska miljöpåfrestningar - såsom ofullständig desinfektion - dåligt förstådd. Modern vattenrening bygger i allt högre grad på avancerad oxidations- och ljusbaserad teknik. Men fluktuationer i bearbetningseffektiviteten kan leda till att bakterier förblir vid liv men stressade och inte helt inaktiverade. Att förstå hur dessa subletala tillstånd påverkar ARG-överföring är avgörande för att skydda folkhälsan.

En studie (DOI:10.48130/biocontam-0025-0017) publicerad iBiokontaminantden 8 december 2025 av Taicheng Ans team, Guangdong University of Technology, visar att subletal vattendesinfektion oavsiktligt kan påskynda spridningen av antibiotikaresistens genom att främja stressinducerat upptag av resistensgener i överlevande bakterier.

Genom att använda ett subletal fotokatalyssystem (Sub-PC) för att simulera ofullständig vattendesinfektion, undersökte denna studie systematiskt hur oxidativ stress påverkar omvandlingen av ARG. Två antibiotikakänsliga mottagarstammar,Escherichia coliDH5a ochE.coliHB101 exponerades för sub-PC-förhållanden och analyserades för bakteriell inaktivering, fysiologiska stressresponser och ARG-upptag med användning av en plasmid som bär ampicillinresistensgenen (amp). Med identisk sub-PC exponering minskade bakteriell överflöd gradvis med cirka 2 logaritmer efter 120 minuter, men nästan 10% av cellerna förblev livskraftiga, vilket representerade en tillräcklig pool för horisontell genöverföring genom transformation. Följaktligen ökade nivåerna av intracellulära reaktiva syrearter (ROS) signifikant i den tidiga fasen (0–60 minuter), och nådde tre till fyra gånger baslinjevärdet, medan antioxidantenzymerna katalas (CAT) och superoxiddismutas (SOD) var starkt inducerade, vilket indikerar aktivering av försvar mot oxidativ stress. Allt eftersom behandlingen fortskred ledde överdriven skada till en minskning av ROS-, CAT- och SOD-nivåer, vilket var associerat med cellys och läckage. Efter plasmidupptag visade ampicillinresistenta transformanter ökad uthållighet under sub-PC och visade endast en cirka 1 log reduktion i överflöd, vilket stöder uppfattningen att ARG-förvärv förbättrar stresstolerans. Optimeringsexperiment visade att transformationen var mest effektiv vid 37 °C och krävde höga recipientdensiteter; Det maximala utbytet av transformant var 10⁸–10⁹ CFU·ml⁻1, med 108 CFU·ml⁻1 vald för robust kvantifiering. Under dessa optimala förhållanden ökade transformationsfrekvenserna tre till fyra och en halv gånger, och nådde en topp vid 50–60 minuter innan de minskade när cellskadorna ökade. Mekanistiska analyser visade att ROS-rensare avsevärt dämpade förstärkningseffekten men avskaffade den inte, vilket bekräftar att ROS är en nyckelfaktor. Sub-PC ökade också membranpermeabiliteten, ökade intracellulärt Ca²+ nästan fyra gånger och minskade ATP, vilket begränsar Ca²+-utflödet och förbättrade dess ackumulering. Genuttrycksprofilering bekräftade dessa trender och visade tidig uppreglering av stressrespons, antioxidant-, membrantransport- och DNA-upptagsgener, samt undertryckande av energimetaboliska vägar.

Resultaten lyfter fram en kritisk men underskattad risk i vattenreningssystem: delvis effektiv desinfektion kan främja spridningen av antibiotikaresistens istället för att förhindra den. Subletal stress tillåter inte bara bakterier att överleva, utan ökar också aktivt deras förmåga att förvärva resistensgener från miljön. Denna mekanism skulle kunna bidra till beständighet och förstärkning av antibiotikaresistens i avloppsvatten, ytvatten och nedströms ekosystem.

Källor: