Laboratorieförsök med en biologisk reningsprocess med en successivt ökad tillförsel av olika antibiotika visade att antalet antibiotikaresistenta bakterier ökade markant och snabbt och att det i isolerade bakteriestammar fanns enzymaktiviteter, som var direkt relaterade till resistens mot b-laktamer.
Av: Bengt Andersson
Användningen av antibiotika i samhället har ökat kontinuerligt med en ökad antibiotikabelastning på de kommunala avloppsreningsverken. De flesta studier har fokuserat på förekomst och avskiljning av antibiotika i avloppsreningsverken medan det föreligger begränsat med referenser avseende resistenta bakterier i relation till effektiviteten för reningsprocesser i närvaro av antibiotika. Antibiotika är biologiskt aktiva substanser, som kan döda eller hämma tillväxten av mikroorganismer och överleva i värdorganismen. Bakteriers antibiotikaresistens bygger på skyddsmekanismer genom mutation eller gentransfer hos bakterierna, som gör att de kan överleva trots antibiotika.
b-laktamer är en grupp vanligen använda baktericida läkemedel med liknande kemisk struktur. I gruppen finns bl.a. karbapenemer, penicilliner, monobaktamer, cefalosporiner och b-laktamas inhibitorer. Antibiotikaresistensen hos en del bakterier kan hänföras till närvaron av och aktiviteten hos enzymet b-laktamas och studier har visat att gramnegativa bakterier, som kan bilda b-laktamas, har förorsakat otaliga infektioner.
Refererad studie gjordes som en simulering av avloppsvattenrening i laboratorieskala med ökande koncentration av några antibiotika för att kunna spåra förändringar av antibiotikaresistensen under reningen. Dessutom undersöktes den multiresistenta profilen och närvaron av karbapenamases för dominerande stammar, ett enzym involverat i antibiotikaresistensen.
Genomförande
Försöken utfördes i en reaktor i laboratorieskala med ett aktivt slam från ett avloppsverk belastat med avloppsvatten från sjukhus, bostäder och industrier. Reaktorn drevs med fyra faser – fyllning, luftning, sedimentering och dekantering. Ett syntetiskt avloppsvatten tillfördes reaktorn. Fem vanliga läkemedel – doxycyklin, nitrofurantoin, gentamicin, rifampin och penicillin – tillfördes slammet så att den totala koncentrationen uppgick till 100, 200 och 300 mg/l i början av den tredje, femte och sjunde veckan.
Analyser gjordes med avseende på COD, total-N, fosfor och TS kompletterat med mikroskopi och mikrobiologiska tester. Bakterier odlades på agarplattor med tillsats av individuella antibiotika. Dominerande stammar av antibiotikaresistenta bakterier isolerades från det aktiva slammet vid försökets slut och antibiogram skapades för 12 läkemedel. Närvaron av enzym involverade i antibiotikaresistens värderades baserat på zondiameter omkring plattor med olika inhibitorer.
Resultat
Uppgifter finns i litteraturen att antibiotika kan ha en negativ påverkan på den biologiska reningsprocessen. Detta kunde inte beläggas av genomförd studie. TS-halt och organisk andel i slammet i reaktorn påverkades inte och inte heller kvävemetabolismen eller fosforinnehållet. Däremot påverkades COD-avskiljningen marginellt med stigande halter i utgående vatten.
Antibiotikaresistenta bakterier fanns i slammet redan från början med ett större antal resistenta mot gentamicin, rifampin och penicillin. Antalet antibiotikaresistenta bakterier ökade signifikant med ökande halt antibiotika. Det största antalet antibiotikaresistenta bakterier fanns för nitrofurantoin och penicillin. Efter 7 veckors försök hade antalet resistenta bakterier ökat från 104 CFU/ml för penicillin resp. 120 CFU/ml för nitrofurantoin till fler än 105 CFU/ml (CFU står för koloniformande enheter). Denna effekt observerades inte för gentamicin, rifampin eller doxycyklin, där antalet resistenta bakterier minskade med tiden med variationer mellan 4 och 16 CFU/ml efter 7 veckor.
Efterföljande analys visade att tre dominerande stammar av resistenta bakterier var multiresistenta, där två av dem var resistenta mot 90 % av 12 testade antibiotika. Den utvidgade resistensen kan förklaras av flera mekanismer som hinder för transport in i cellen, avskiljning från cellen, alternativa metaboliska vägar eller deaktivering av enzym. Analys av de två mest resistenta stammarna uppvisade karbapenamases aktivitet, ett enzym direkt relaterat till resistens mot b-laktamer.
Slutsatser
Försöken med simulering av avloppsvattenrening i laboratorieskala visade att
- metodiken fungerade väl och tillät en utvärdering av aspekter på antibiotikaresistens, som annars skulle vara omöjliga att göra
- hastigheten för utveckling av antibiotikaresistenta bakterier kan vara mycket hög i en reningsprocess även utan andra störningar av processen
- baserat på resultaten skulle det vara möjligt att ökande koncentrationer av antibiotika kan skapa extremt multiresistenta stammar med speciella enzym, som kan nå omgivningen med det renade avloppsvattnet och skapa ett mycket allvarligt hälsoproblem
Källa N. Jendrzejewska, E. Karwowska. The influence of antibiotics on wastewater treatment processes and the development of antibiotic-resistant bacteria. Water Science & Technology, 77.9, 2018, pp 2320 – 2326.
