In stedelijke stromen, aanhoudende farmaceutische vervuiling kan ertoe leiden dat in het water levende microbiële gemeenschappen resistent worden tegen medicijnen. Dus meldt een nieuwe studie die vandaag in het tijdschrift is gepubliceerd Ecosfeer .

Emma Rosi, een aquatische ecoloog aan het Cary Institute of Ecosystem Studies en hoofdauteur van de studie legt uit, "Afvalwaterzuiveringsinstallaties zijn niet uitgerust om veel farmaceutische verbindingen te verwijderen. We waren geïnteresseerd in hoe stroommicro-organismen - die belangrijke ecosysteemdiensten uitvoeren, zoals het verwijderen van voedingsstoffen en het afbreken van bladafval - reageren op farmaceutische vervuiling."

Onderzoekers evalueerden de aanwezigheid van geneesmiddelen, waaronder pijnstillers, stimulerende middelen, antihistaminica, en antibiotica - in vier stromen in Baltimore, Maryland. Vervolgens maten ze de microbiële respons op blootstelling aan geneesmiddelen. Studielocaties werden geselecteerd om een ​​ontwikkelingsgradiënt weer te geven, van voorstedelijk tot stedelijk.

Micro-organismen zoals bacteriën en algen groeien in complexe assemblages die biofilms worden genoemd - de slijmerige coatings die worden aangetroffen op rotsen in stroombeddingen. Deze taxonomisch diverse gemeenschappen zijn essentieel voor het behoud van de zoetwatergezondheid. Ze stimuleren de nutriëntenkringloop, verontreinigingen afbreken, en vormen de basis van het stroomvoedselweb.

Rosi merkt op, "Verschillende soorten microben zijn bestand tegen verschillende soorten en concentraties synthetische chemicaliën. Wanneer we stromen blootstellen aan farmaceutische vervuiling, we veranderen onbewust hun microbiële gemeenschappen. Toch is er nog weinig bekend over wat dit betekent voor de ecologische functie en de waterkwaliteit."

De geanalyseerde stromen maken deel uit van de Baltimore Ecosystem Study, en hebben goed gedocumenteerde verschillen in verontreiniging van afvalwater en nutriënten. Over een periode van twee weken, passieve samplers werden in de streams ingezet om een ​​momentopname van de aanwezigheid en overvloed van zes medicijnen vast te leggen. Deze omvatten:cafeïne en amfetamine (stimulerende middelen), paracetamol en morfine (pijnstillers), sulfamethoxazol (antibioticum), en difenhydramine (antihistaminicum).

De resultaten waren duidelijk:stedelijke stromen hadden meer farmaceutische vervuiling. In vergelijking met hun tegenhangers in de voorsteden, ze hadden allebei een groter aantal medicijnen, en hogere medicijnconcentraties.

In dezelfde periode van twee weken, het team voerde een test uit om te onderzoeken hoe microbiële gemeenschappen in elk van de vier stromen reageerden op blootstelling aan cafeïne, cimetidine, ciprofloxacine, en difenhydramine. Verontreinigingen werden afzonderlijk getest, met een focus op welke microbiële soorten zouden kunnen overleven in de aanwezigheid van de medicijnen, en hoe effectief ze zouden kunnen functioneren.

Co-auteur John J. Kelly van Loyola University Chicago legt uit:"Stream microbiële gemeenschappen zijn gevoelig voor geneesmiddelen, die zowel de ademhaling als de primaire productie kan onderdrukken. We gebruikten ademhaling als een proxy om het vermogen van microben om hun biologische functie te behouden in de aanwezigheid van geneesmiddelen te beoordelen."

Proefpotten met de beoogde farmaceutische en cellulosesponzen, die microben gemakkelijk kunnen koloniseren, werden in de vier stromen geplaatst. Controle potten, met alleen de cellulosesponzen, werden bij de proefpotten geplaatst. Veertien dagen later, de potten werden naar het laboratorium gebracht en geanalyseerd om de aanwezigheid en overvloed van microbiële soorten en hun ademhalingssnelheden te bepalen.

Cafeïne, cimetidine, en ciprofloxacine leidde tot een vermindering van de microbiële ademhaling op alle plaatsen; difenhydramine had een marginaal effect. Het antibioticum ciprofloxacine had een negatief effect op de ademhalingsfrequentie, maar alleen in voorstedelijke stromen. In stedelijke stromen, microbiële ademhaling was hetzelfde in de aan het geneesmiddel blootgestelde en controle-testpotten.

Na blootstelling aan drugs, het type en de abundantie van microbiële soorten waren verschillend op stedelijke en voorstedelijke locaties. In stedelijke stromen, microbiële gemeenschappen veranderden in soortensamenstelling en waren beter in staat om de ademhalingssnelheid te handhaven. Dit geeft aan dat deze stromen resistente microben herbergen die kunnen gedijen wanneer niet-resistente soorten niet langer kunnen overleven.

Rosi legt uit, "We vermoeden dat aangezien stedelijke stromen frequente farmaceutische input hebben ontvangen over lange tijdschalen, in deze stromen hebben zich zakken met medicijnresistente microben ontwikkeld. Ze zijn klaar om substraten te koloniseren, ook als er medicijnen zijn. Wanneer geconfronteerd met farmaceutische blootstelling, deze resistente microben kunnen de ecologische functie behouden, zelfs wanneer andere soorten zijn geëlimineerd."

Hoewel microbiële gemeenschappen zich kunnen aanpassen en gedijen in de aanwezigheid van persistente farmaceutische inputs, niet alle microben zijn gelijk wat betreft hun impact op de waterkwaliteit en de menselijke gezondheid. Bijvoorbeeld, bacteriesoorten van het geslacht Aeromonas, gevonden in de meest verstedelijkte stroom, zijn nauw verbonden met ziekten bij de mens en gastro-intestinale ziekten.

Kelly concludeert, "Effectief beheer van ons zoetwater vereist een begrip van hoe verontreinigingen, inclusief geneesmiddelen, invloed hebben op microbiële gemeenschappen. Onze bevindingen tonen aan dat biofilms verrassend veerkrachtig kunnen zijn. De bredere ecologische effecten van veranderingen in de samenstelling van microbiële soorten, evenals de effecten van onderdrukt microbieel functioneren in meer landelijke stromen, blijven belangrijke vragen om te onderzoeken."