RÁDIOMETRICKÉ METÓDY A METÓDY HMOTNOSTNEJ SPEKTROMETRIE PRE STANOVENIE DLHOŽIJÚCICH ŠTIEPNYCH PRODUKTOV URÁNU

Význam tématu

Antibiotická rezistence představuje jeden z nejzávažnějších globálních zdravotnických problémů. Nadměrné užívání antibiotik jak v humánní, tak veterinární praxi vede k šíření rezistentních bakteriálních kmenů. Rezidua antibiotik vypouštěná do odpadních vod, a to jak z výrobních procesů, tak v podobě exkrementů po léčbě, vytvářejí selekční tlak na mikrobní populace. Tím se podporuje vývoj a šíření rezistence. Pochopení vztahu mezi koncentracemi antibiotických zbytků ve vodách a výskytem rezistence je klíčové pro návrh účinných hygienických, regulačních a technologických opatření v odpadním hospodářství a ochraně vodních ekosystémů.

Cíle a přehled studie / článku

Tento referát shrnuje stav výzkumu korelací mezi výskytem antibiotických reziduí v odpadních a přírodních vodách a přítomností rezistentních bakteriálních kmenů či genů rezistence. Text poskytuje přehled hlavních zdrojů reziduí, mechanismů vzniku a šíření rezistence a metodologických přístupů v původních studiích mapujících obě dimenze problému.

Použitá metodika a instrumentace

Stanovení reziduí antibiotik:

• Předúprava vzorků extrakcí na pevné fázi (SPE)
• Vysokoúčinná kapalinová chromatografie spojená s hmotnostní spektrometrií (HPLC-MS/MS)

Detekce rezistentních bakterií a genů:

• Kultivační metody (metoda nejpravděpodobnějšího počtu, počítání kolonií, disková difuze)
• Stanovení MIC
• PCR a kvantitativní PCR (qPCR) pro amplifikaci genů rezistence a 16S rRNA
• Metagenomické a komunitní analýzy (sekvenování hypervariabilních úseků 16S rRNA, RFLP, DGGE)

Hlavní výsledky a diskuse

1. Zdroj reziduí:

• Průmyslová výroba antibiotik (především v Asii) a nedostatečně řízená likvidace odpadů
• Exkrece nezmetabolizovaných antibiotik z organismů do kanalizace
• Aplikace hnojiv obsahujících fekální kaly na zemědělskou půdu

2. Účinnost ČOV:

• Mechanické, biologické a terciální čistírenské procesy odstraňují jen část reziduí (často jednotky až desítky procent), v některých případech dochází k uvolnění vázaných forem

3. Korelace reziduí a rezistence:

• Původní studie vykazují proměnlivou sílu korelací; v některých lokalitách existuje statisticky významná souvislost, jinde nikoli
• Významný je horizontální transport genů rezistence, indikovaný přítomností integronů intI1
• Selektivní tlak subinhibičními koncentracemi antibiotik podporuje šíření mutací a mobilních genetických elementů

Přínosy a praktické využití metody

Monitoring antibiotických reziduí a rezistence ve vodách umožňuje:

• Identifikovat rizikové lokality a zdroje kontaminace
• Vyhodnotit účinnost technologických opatření v ČOV
• Optimalizovat regulační limity a postupy nakládání s odpady
• Podpořit implementaci One Health přístupu ve vodohospodářské praxi

Budoucí trendy a možnosti využití

• Nasazení pokročilých čistících procesů (oxidace, membránové technologie, aktivace UV/ozónem) pro odstranění reziduí i rezistentních organismů
• Integrace metagenomických a bioinformatických analýz pro detailní charakterizaci mikrobiálních komunit a rezistentních genů
• Dlouhodobé a prostorové studie sledující dynamiku reziduí a rezistence v rámci celých povodí
• Koordinace environmentálních dat s klinickými a veterinárními statistikami v rámci globálních sledovacích sítí (GLASS, EARS-Net apod.)

Závěr

Antibiotická rezistence je komplexní fenomén, jehož šíření podporuje přítomnost antibiotických reziduí ve vodním prostředí. Přestože existuje řada studií zkoumajících tuto problematiku, není zatím možné formulovat jednoznačné závěry o dominantním roli čistírenských procesů ve vzniku a šíření rezistence. Klíčové jsou metodologicky konzistentní, dlouhodobé a multidisciplinární studie a aplikace moderních čisticích technologií v kombinaci s politickými a regulačními opatřeními.

Reference

• 1. Powers J. H.: Clin. Microbiol. Infect. 10, 23 (2004).
• 2. https://www.whocc.no/atc_ddd_index, staženo 12. 1. 2020.
• 3. https://www.whocc.no/atcvet/atcvet_index, staženo 12. 1. 2020.
• 4. Moore P. R. et al.: J. Biol. Chem. 165, 437 (1946).
• 5. Luckey T. D.: Br. Med. J. 1963, 1284.
• 6. Wise R.: J. Antimicrob. Chemother. 49, 585 (2002).
• 7. Zhang Q. Q. et al.: Environ. Sci. Technol. 49, 6772 (2015).
• 8. Davies J., Davies D.: Microbiol. Mol. Biol. Rev. 74, 417 (2010).
• 9. Barber M., Rozwadowska-Dowzenko M.: Lancet 252, 641 (1948).
• 10. Burnham J. P. et al.: Infect. Control Hosp. Epidemiol. 40, 112 (2019).
• 11. https://www.ema.europa.eu/en/human-regulatory/overview/public-health-threats/antimicrobial-resistance, staženo 12. 1. 2020.
• 12. WHO: Global action plan on antimicrobial resistance, 2015, ISBN 9789241509763.
• 13. https://www.who.int/antimicrobial-resistance/interagency-coordination-group/en, staženo 12. 1. 2020.
• 14. https://www.who.int/glass/en, staženo 12. 1. 2020.
• 15. https://www.ema.europa.eu/en/veterinary-regulatory/overview/antimicrobial-resistance/european-surveillance-veterinary-antimicrobial-consumption-esvac, staženo 12. 1. 2020.
• 16. https://www.ecdc.europa.eu/en/about-us/partnerships-and-networks/disease-and-laboratory-networks/ears-net, staženo 12. 1. 2020.
• 17. https://www.ecdc.europa.eu/en/antimicrobial-consumption/surveillance-and-disease-data/database, staženo 12. 1. 2020.
• 18. Regulation (EC) No 1831/2003 on additives for use in animal nutrition.
• 19. https://www.fda.gov/animal-veterinary/antimicrobial-resistance/timeline-fda-action-antimicrobial-resistance, staženo 12. 1. 2020.
• 20. A European One Health Action Plan against Antimicrobial Resistance (AMR), COM/2017/0339.
• 21. Usnesení Vlády ČR č. 75 o Akčním plánu Národního antibiotického programu 2019–2022.
• 22. Larsson D. G. J. et al.: J. Hazard. Mater. 148, 751 (2007).
• 23. Ur R. M. S. et al.: Chemosphere 138, 1045 (2015).
• 24. Wieczorkiewicz S. M. et al.: Ann. Pharmacother. 47, 482 (2013).
• 25. Bound J. P., Voulvoulis N.: Environ. Health Perspect. 113, 1705 (2005).
• 26. Kim K. R. et al.: Water Air Soil Pollut. 214, 163 (2011).
• 27. Wanner J.: http://vodnihospodarstvi.cz/cisteni-odpadnich-vod-cr, staženo 12. 1. 2020.
• 28. Burch K. D. et al.: Environ. Sci. Pollut. Res. 26, 6301 (2019).
• 29. Kümmerer K.: Chemosphere 75, 417 (2009).
• 30. Blair B. et al.: Chemosphere 134, 395 (2015).
• 31. Massé D. I. et al.: Animals 4, 146 (2014).
• 32. Vyhláška č. 437/2016 Sb. o nakládání s biologicky rozložitelnými odpady.
• 33. Stránský V.: http://vodnihospodarstvi.cz/kaly-a-sedimenty/, staženo 12. 1. 2020.
• 34. Zhi D. et al.: J. Environ. Manage. 251, 109598 (2019).
• 35. Hollis A., Ahmed Z.: N. Engl. J. Med. 369, 2474 (2013).
• 36. van Hoek A. H. A. M. et al.: Front. Microbiol. 2, 203 (2011).
• 37. Walsh C.: Nature 406, 775 (2000).
• 38. Munita J. M., Arias C. A.: Microbiol. Spectr. 4, VMBF-0016-2015 (2016).
• 39. Drlica K., Zhao X.: Clin. Infect. Dis. 44, 681 (2007).
• 40. Andersson D. I., Hughes D.: Nat. Rev. Microbiol. 12, 465 (2014).
• 41. Bengtsson-Palme J., Larsson D. G. J.: Environ. Int. 86, 140 (2016).
• 42. ECDC: Surveillance of antimicrobial resistance in Europe 2018.
• 43. CDC: Antibiotic Resistance Threats in the United States 2019.
• 44. David S. et al.: Nat. Microbiol. 4, 1919 (2019).
• 45. EFSA & ECDC: EFSA J. 16, 5182 (2018).
• 46. Duong H. A. et al.: Chemosphere 72, 968 (2008).
• 47. Diwan V. et al.: BMC Public Health 10, 414 (2010).
• 48. Zheng S. L. et al.: Chemosphere 84, 1677 (2011).
• 49. Varela A. R. et al.: Water Res. 54, 327 (2014).
• 50. Wang J. et al.: Sci. Total Environ. 526, 366 (2015).
• 51. Xu J. et al.: Chemosphere 119, 1379 (2015).
• 52. Lucas D. et al.: Chemosphere 152, 301 (2016).
• 53. Archundia D. et al.: Sci. Total Environ. 576, 671 (2017).
• 54. Auguet O. et al.: Sci. Total Environ. 605, 1047 (2017).
• 55. Lekunberri I. et al.: Sci. Total Environ. 601, 206 (2017).
• 56. Le T. H. et al.: Water Res. 145, 498 (2018).
• 57. Pan M., Chu L. M.: Sci. Total Environ. 624, 145 (2018).
• 58. Thai P. K. et al.: Sci. Total Environ. 645, 393 (2018).
• 59. Yan M. et al.: Sci. Total Environ. 631-632, 840 (2018).
• 60. Lye Y. L. et al.: Sci. Total Environ. 688, 1335 (2019).
• 61. Xu K. H. et al.: Ecotoxicol. Environ. Saf. 186, 109796 (2019).
• 62. Zhang N. et al.: Front. Environ. Sci. Eng. 13, 8 (2019).
• 63. Kim C. et al.: J. Environ. Manage. 217, 629 (2018).
• 64. Szymanska U. et al.: Microchem. J. 147, 729 (2019).
• 65. EUCAST Disk Diffusion Method for Antimicrobial Susceptibility Testing, Version 8.0 (2020).
• 66. Karkman A. et al.: Nat. Commun. 10, 80 (2019).