De producten van afvalwaterzuivering bleken sporen van antibioticaresistent DNA te bevatten. Deze producten worden vaak opnieuw in het milieu en de watervoorziening gebracht, mogelijk resulterend in de verspreiding van antibioticaresistentie. Als zodanig, onderzoekers van de University of Southern California Viterbi School of Engineering hebben de ontwikkeling van deze potentieel schadelijke en gevaarlijke genen in afvalwaterzuiveringsprocessen bestudeerd. Hun bevindingen, gepubliceerd in Milieuwetenschap en -technologie , geven aan dat zelfs lage concentraties van slechts een enkel type antibioticum leiden tot resistentie tegen meerdere klassen antibiotica.

"We komen snel op een enge plek die een 'post-antibiotische wereld' wordt genoemd, " waar we infecties niet meer met antibiotica kunnen bestrijden omdat microben zich hebben aangepast om weerbaar te zijn tegen die antibiotica, " zei Adam Smit, assistent-professor civiele en milieutechniek aan het USC en hoofdonderzoeker van de studie. "Helaas, geconstrueerde waterbehandelingssystemen worden uiteindelijk een soort broeinest voor antibioticaresistentie."

Het merendeel van de antibiotica die we consumeren, wordt in ons lichaam gemetaboliseerd. Echter, kleine hoeveelheden gaan door ons heen in ons afval, die vervolgens naar afvalwaterzuiveringsinstallaties worden vervoerd. Bij deze planten een van de gebruikelijke manieren waarop het afvalwater wordt behandeld is met een membraanbioreactor, die zowel een filtratiesysteem als een biologisch proces gebruikt waarbij microscopisch kleine bacteriën afvalproducten consumeren.

Terwijl we het organische afval consumeren, de bacterie komt de antibiotica tegen en brengt resistentiegenen tot expressie die de werkzaamheid van deze medicijnen verminderen. Deze resistentiegenen kunnen vervolgens worden doorgegeven van ouder op dochtercel en tussen buren via een proces dat bekend staat als horizontale genoverdracht.

Terwijl de bacterie eet, reproduceert en groeit, een overschot wordt geaccumuleerd genaamd biomassa. Een typische afvalwaterzuiveringsinstallatie produceert dagelijks tonnen biomassa. Eenmaal behandeld, het wordt gestort op stortplaatsen of gebruikt als meststof voor landbouw- en veevoedergewassen.

In een nog ernstiger scenario, kleine hoeveelheden antibioticaresistente bacteriën en vrij zwevend DNA komen door het filtratiemembraan en komen aan de andere kant van de zuiveringsinstallatie uit in wat het effluent wordt genoemd, of de waterstroom die de faciliteit verlaat. In Los Angeles, een deel hiervan zal worden gedumpt in de L.A.-rivier en de Stille Oceaan, terwijl de rest wordt gerecycled voor irrigatie, auto wassen, Brand blussen, of om het aangevoerde grondwater aan te vullen, een gemeenschappelijke bron van drinkwater.

Het team, waaronder ook Ali Zarei-Baygi, de eerste auteur van de studie en Ph.D. student aan het USC, Moustapha Harb, postdoctoraal onderzoeker aan het USC, Filip Wang, doctoraat student aan het USC, en Lauren Stadler, assistent-professor aan de Rice University, zijn van mening dat de hoeveelheid antibioticaresistente organismen die in zuiveringsinstallaties worden gevormd, kan worden verminderd door veranderingen in de behandelingsprocessen. Bijvoorbeeld, door gebruik te maken van zuurstofvrije, of anaëroob, processen in plaats van aërobe processen, en door gebruik te maken van membraanfiltratie.

Overeenkomstig, voor hun studie, ze gebruikten een kleinschalige anaërobe membraanbioreactor en vergeleken de resulterende antibioticaresistentieprofielen in de biomassa en het effluent met elkaar en met de verschillende concentraties en soorten antibiotica die ze in het systeem introduceerden.

Ze ontdekten twee belangrijke bevindingen:de resistentie in de biomassa en het effluent is verschillend en daarom kan het ene niet worden gebruikt om het andere te voorspellen; en de correlaties die ze vonden tussen het toegevoegde antibioticum en de resistentiegenen waren niet altijd duidelijk. In feite, hun resultaten wezen op resistentie tegen meerdere geneesmiddelen waarbij bacteriën genen hadden die resistentie tegen meerdere klassen antibiotica mogelijk maakten.

"De resistentie tegen meerdere geneesmiddelen lijkt de meest alarmerende impact hiervan te zijn, Smith zei. "Ongeacht de invloedrijke antibiotica, of het nu om één of hele lage concentraties gaat, er is waarschijnlijk veel resistentie tegen meerdere geneesmiddelen die zich verspreidt."

Ze denken dat dit komt door de aanwezigheid van genelementen die plasmiden worden genoemd. Eén plasmide kan resistentiegenen dragen voor verschillende soorten antibiotica, resulterend in positieve correlaties tussen het ene type antibioticum en het resistentiegen van een ander. Dit maakt de zaken niet alleen nog ingewikkelder, maar kan zeer gevaarlijk zijn. Vanwege hun extreem kleine formaat-1, 000 keer kleiner dan bacteriën - vrij zwevende plasmiden kunnen gemakkelijk door het filtratiesysteem in het behandelingsproces komen en de plant verlaten in het effluent.

Het team kijkt nu nauwkeuriger naar de samenstelling van het effluent en is van plan het geleerde toe te passen op andere afvalstromen, zoals dierlijk afval, via een partnerschap met de USDA.