Antimikrobiální rezistence ve vodním prostředí: aktuální stav a role čistíren odpadních vod při jejím šíření

Antimikrobiální rezistence ve vodním prostředí: přehled a role čistíren odpadních vod

Význam tématu

Antimikrobiální rezistence (AMR) ve vodním prostředí představuje rostoucí riziko pro veřejné zdraví i životní prostředí. Odpadní vody a čističky odpadních vod (ČOV) fungují jako shromažďovací body pro reziduální antibiotika, rezistentní bakterie a geny rezistence (ARG) a mohou sloužit jako hot-spoty selekce, šíření a horizontálního přenosu rezistence. Kontaminace povrchových a podzemních vod má důsledky pro rekreační využití, zemědělské zavlažování a potravinový řetězec, a proto je monitorování AMR ve vodách i v odtoku z ČOV relevantní pro řízení rizik a tvorbu politiky na národní i evropské úrovni.

Cíle a přehled studie

Cílem práce bylo dlouhodobě měsíčně sledovat výskyt vybraných ARG a fenotypové rezistence na dvou čističkách komunálních odpadních vod s kapacitou nad 100 000 ekvivalentních obyvatel (EO), vyhodnotit účinnost jejich odstranění v procesech včetně vlivu UV dočištění a porovnat nálezy s dostupnými evropskými daty. Studie zároveň mapuje legislativní a metodologické nástroje relevantní pro monitorování AMR v rámci EU (např. revize směrnic, požadavky UWWTD a nařízení o opětovném využívání vody).

Použitá metodika

• Vzorkování: měsíční odběry surové a vyčištěné odpadní vody z dvou ČOV (>100 tis. EO).
• Příprava vzorků: filtrace a izolace DNA pro molekulární analýzu; kultivace bakterií (zaměřeno na Escherichia coli) pro fenotypové stanovení.
• Fenotypické stanovení: disková difuzní metoda pro stanovení citlivosti k antibiotikům u izolátů E. coli včetně screeningových postupů pro produkci širokospektrých betalaktamáz (ESBL) — používané modifikace CDT a DDST.
• Molekulární analýzy: kvantitativní PCR (qPCR) cílená na 16S rDNA pro normalizaci a na sadu ARG/integronů (např. intI1, sul1, aadA1, ermB, tetW, blaCTX-M1, blaKPC, vanA a další) za účelem kvantifikace a odhadu potenciálu horizontálního přenosu.
• Hodnocení účinnosti: výpočet logaritmické redukce koncentrací ARG mezi přítokem a odtokem ČOV; srovnání ČOV s a bez UV dočištění.

Použitá instrumentace

• Zařízení pro filtraci a přípravu vzorků (vakuu nebo tlakové filtrační soustavy).
• Laboratorní přístroje pro izolaci a čištění DNA.
• qPCR termocykler pro kvantitativní PCR analýzy.
• Inkubátory a půdové pro kultivaci bakterií; materiál pro diskovou difuzní metodu (antibiotické disky).
• Detekční/identifikační prostředky pro ESBL screening (metody CDT, DDST) a standardní mikrobiologické potřeby.

Hlavní výsledky a diskuse

• Monitorování probíhalo měsíčně na dvou ČOV nad 100 tis. EO; z navrhovaných markerů podle UWWTD byly dostupné údaje pro 9 ARG.
• Vyšší absolutní koncentrace ARG byly zaznamenány u brněnské ČOV.
• Průměrná účinnost odstranění ARG byla ~1,75 řádu (log) u ČOV bez UV dočištění a ~2,4 řádu u ČOV s UV dočištěním, což ukazuje příznivý vliv UV na snižování množství detekovatelných genů rezistence.
• Mezi jednotlivými geny byla nejvyšší míra odstranění pozorována u ermB (průměrně ~2,75 log; s UV ~2,9 log), nejnižší u sul1 (průměrně ~1,25 log; s UV ~1,7 log) — sul1 tedy vykazoval největší perzistenci.
• Při normalizaci na gen pro 16S rRNA se však u některých markerů (zejména sul1, aadA1 a intI1) objevilo relativní zvýšení ve vyčištěné odpadní vodě, což naznačuje možný selekční tlak, koncentraci či relativní obohacení těchto markerů vzhledem k celkové bakteriální biomase.
• Fenotypické testy u izolátů E. coli ukázaly nejčastější rezistence vůči gentamicinu, fosfomycinu, cefotaximu a cefuroximu. Byly nalezeny i multirezistentní kmeny a klinicky významné typy rezistence (podíl ESBL-produkujících E. coli odhadován na 1–2 % izolátů).
• Detekce karbapenemázových genů (např. blaKPC) a dalších klinicky významných ARG byla sporadická, což odpovídá nízké, ale ne nulové prevalenci těchto markerů v komunitních odtokech.
• Celkové výsledky jsou v souladu s dostupnými evropskými daty — tedy přítomnost ARG v odtoku z ČOV, částečné, ale nekompletní odstraňování v čistírenských procesech a vliv terciárních technologií (např. UV) na snížení zátěže.

Přínosy a praktické využití metody

• Kombinace kultivačních a molekulárních metod (kultivace + qPCR) poskytuje komplexní obraz jak fenotypové rezistence, tak prevalence a kvantity ARG v odtoku ČOV.
• Pravidelné monitorování umožňuje identifikovat trendy, hot-spoty a posoudit účinnost realizačních opatření (např. zavedení UV dočištění, změny v předúpravě nebo provozu).
• Data jsou užitečná pro řízení rizik při opětovném využívání vody, pro rozhodování o ochraně koupacích lokalit a pro tvorbu národních systémů spolupráce mezi veřejným zdravím a vodohospodářskými orgány, jak vyžaduje platná/připravovaná legislativa EU.

Budoucí trendy a možnosti využití

• Implementace povinného monitorování AMR z projektu UWWTD (povinnost pro ČOV nad 100 tis. EO, prováděcí akt pro sledování do 2.7.2026) podpoří sběr harmonizovaných dat na úrovni EU.
• Rozšíření monitorované sady markerů a standardizace metod (vzorkování, qPCR sety, referenční jednotky) zvýší porovnatelnost dat mezi laboratořemi a státy.
• Další výzkum by se měl zaměřit na pochopení mechanismů selekce v ČOV (např. vliv koncentrací reziduí antibiotik, biofilmů, surové vs. sekundární biomasy) a na optimalizaci technologií (UV, ozonace, membránové procesy) pro efektivnější snižování ARG a živých rezistentních baktérií.
• Integrace environmentálních sledování s klinickými a potravinářskými daty by umožnila lepší hodnocení rizika pro veřejné zdraví a efektu intervencí.

Závěr

Dlouhodobé měsíční sledování na dvou velkých ČOV prokázalo přítomnost širokého spektra ARG a fenotypové rezistence v odtoku. UV dočištění zlepšuje logaritmickou redukci ARG, avšak některé markery (zejména sul1, aadA1, intI1) vykazují perzistenci nebo relativní nárůst po normalizaci na 16S rRNA, což naznačuje selekční procesy nebo relativní obohacení. Pozorované poměry a typy rezistencí jsou kompatibilní s evropskými studiemi; zjištěná prevalence ESBL a sporadické výskyty klinicky významných genů podtrhují potřebu kontinuálního monitorování i cílených technologických zásahů v ČOV.

Reference

• Sovová K., Šabacká Š., Zvěřinová Mlejnková H. Antimikrobiální rezistence ve vodním prostředí: aktuální stav a role čistíren odpadních vod při jejím šíření. Příspěvek na konferenci CZEPAR 2025, Brno, 19.–20. 11. 2025. Výzkumný ústav vodohospodářský T. G. Masaryka, v.v.i.
• Frontiers 2017. Emerging Issues of Environmental Concern (uvedeno jako zdroj kontextu pro AMR ve vodách).