Avskiljning av antibiotikaresistent E-coli i två norska

Förekomst och avskiljning av E. coli resistenta mot fyra olika antibiotika undersöktes vid de två stora avloppsreningsverken i Oslo. Resistenta E. coli fanns kvar i utgående avloppsvatten från båda verken. En fullständig avskiljning erhölls emellertid genom membranfiltrering.

Av: Bengt Andersson

Förekomst av antibiotikaresistens har ökat kontinuerligt beroende på en kraftigt ökad användning av antibiotika. Spridning av resistens kan ske vertikalt inom en antibiotikaresistent bakterie (ARB), där egenskapen ärvs från modercell till dottercell när bakterien delar sig, eller horisontellt genom antibiotikaresistenta gener (ARG), där egenskapen överförs mellan olika bakterier med hjälp av plasmider (en genetisk del av bakteriens DNA).

Den avgjort största delen av antibiotikaanvändningen i samhället sker i hemmet och både antibiotika, ARB och ARG leds via avloppet till de kommunala avloppsreningsverken, som därför utgör en av de största utsläppskällorna av ARB och ARG till miljön. Kunskaperna om förekomst och avskiljning av antibiotikaresistens vid kommunala avloppsreningsverk är bristfälliga och det är först på senare tid som systematiska studier har initierats. Verken har inte utformats för en fullständig avskiljning av antibiotika, ARB eller ARG och därför har både avancerade oxidationsprocesser liksom processer med membranfiltrering (ultrafilter, nanofilter och omvänd osmos) börjat komma till användning.  

Syftet med refererad studie var att kvantifiera livskraftiga Escherichia coli avseende resistens mot fyra utvalda läkemedel vid två avloppsreningsverk. Bestämning E. coli gjordes dels från inkommande avloppsvatten dels efter olika reningssteg. Dessutom gjordes försök med filtrering av utgående avloppsvatten genom två olika membranfilterprocesser.

Genomförande

Provtagning genomfördes under en månad vid de två stora avloppsreningsverken i Oslo. VEAS, utformat med förfällning och med en tvåstegs biofilmsprocess för nitrifikation och denitrifikation, tar emot avloppsvatten från 600 000 personer och prov togs från inkommande, förfällt och utgående avloppsvatten.  BEVAS (Bekkelaget), utformat med försedimentering, med aktivtslam för denitrifikation/nitrifikation och med tvåmediafiltrering, tar emot avloppsvatten från 290 000 personer och prov togs från inkommande, biologiskt renat och utgående avloppsvatten.

Membranfiltertest med ultrafilter (UF) för avskiljning av partiklar större än 10 kDa och med nanofilter (NF) för avskiljning av partiklar större än 150 – 400 Da utfördes som komplement. Försöken utfördes som crossflow filtrering i laboratorieskala (membranyta cirka 100 cm²) med ett konstant tryck tills en bestämd volym permeat erhållits.

Bestämning av E. coli gjordes på agarplattor med och utan tillsats av antibiotika. Fyra utvalda antibiotika, samtliga verksamma mot bakterieinfektioner (ampicillin (Amp), ciprofloxacin (Cip), tetracyklin (Tet) och trimetoprim/sulfametoxazol (Tmp/Smx)), testades med avseende på resistens genom tillsats till agarplattorna i rekommenderade koncentrationer för försök med E. coli. Efter 24 timmar vid 35 ^oC räknades kolonierna på plattorna och resistensen beräknades som det procentuella förhållandet mellan antalet kolonier med och utan tillsats av antibiotika.

Resultat

Den totala koncentrationen av E. coli minskade påtagligt (> 2,2 log) i båda reningsverken. Största avskiljningen vid VEAS uppkom över biofilmsprocessen medan avskiljningen vid BEVAS skedde i lika omfattning över de olika reningsprocesserna.

Andelen E. coli resistenta mot de fyra undersökta läkemedlen i inkommande avloppsvatten var jämförbar vid de två verken. Mellan 6 och 27 % av E. coli var resistenta mot Amp, mellan 5 och 24 % mot Tmp/Smx, mellan 3 och 14 % mot Tet och mellan 0 och 7 % mot Cip. Resistens mot Amp och Tmp/Smx var dubbelt så stor som mot Tet medan resistensen mot Cip var klart mindre. Det förklarades av att halterna av Amp och Tmp/Smx alltid var högre i inkommande avloppsvatten och av att Tet och Cip var mer hydrofoba, absorberades snabbt på negativt laddade partiklar och ackumulerades i slamfasen. De medförde därför ett lägre selektivt tryck att utveckla resistens än de två övriga antibiotika.

Andelen resistent E. coli minskade över förbehandlingen vid VEAS men inte ytterligare över biofilmsprocessen. Den totala koncentrationen E. coli minskade med 2,4 log över biofilmsprocessen medan den procentuella andelen resistent E. coli var i det närmaste konstant. Andelen resistent E. coli vid BEVAS förändrades inte märkbart över reningsprocesserna oberoende av typ av antibiotika. Även om den totala koncentrationen av E. coli minskade signifikant över reningsverken uppnåddes inte full disinfektion och därför konstaterades att påverkan på ekosystemet var stor på grund av utsläpp av antibiotikaresistenta bakterier och periodiskt höga halter av antibiotika.

Försöken med membranfiltrering visade att koncentrationen E. coli minskade till under detektionsgränsen 10 CFU/ml oavsett filter och membranen utgjorde en hygienisk barriär för ARB. Den totala avskiljningen av E. coli uppgick till mer än 4,2 log för båda verken. Membranfiltrering uppvisade stora fördelar men ingen slutsats kunde dock dras vad gäller avskiljningen av ARG, som utgör den största risken för spridning av antibiotikaresistens och som är svårare att avskilja än ARB. För UF och NF kan avskiljning av ARG bli kritisk eftersom DNA kan passera både UF och NF beroende på storlek, form och flexibilitet.

Slutsatser

Bestämning av antibiotikaresistent E. coli vid två stora avloppsreningsverk i Oslo visade att

Källa: C.U. Schwermer, P. Krzeminski, A.C. Wennberg, C. Vogelsang, W. Uhl. Removal of antibiotic resistant E. coli in two Norwegian wastewater treatment plants and by nano- and ultra-filtration processes. Water Science & Technology 2018, 77.4, pp 1115 – 8AF2A7BC-29E2-4ED0-A988-8C27B7485E9A.

Hela artikeln från Water Science & Technology finns att köpa här.