Справляются ли очистные сооружения Москвы? Ученые оценили содержание в воде генов устойчивости к антибиотикам

Биологи проанализировали сточные воды Москвы и работу двух крупных станций из комплекса Люберецких очистных сооружений АО «Мосводоканал». Выяснилось, что московские станции работают эффективно — они помогают снизить число генов антибиотикорезистентности в воде в 3-4 раза. Однако полностью избавиться от них не удается (что сопоставимо с мировой картиной). В будущем ученые планируют изучить сток реки Москвы выше и ниже по течению, чтобы понять, что может быть источниками загрязнения.

В ходе работы ученые Федерального исследовательского центра «Фундаментальные основы биотехнологии» РАН (Москва) сделали вывод: очистные сооружения Москвы позволяют с высокой эффективностью удалять потенциально опасные бактерии из сточных вод. Однако даже в прошедшей обработку воде были обнаружены гены устойчивости ко многим широко используемом антибиотикам. Гены резистентности способствуют тому, что бактерии становятся нечувствительны к лекарствам, поэтому ученые отслеживают риск их распространения. Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда, опубликованы в журнале Scientific reports.

Плохо контролируемое и нерациональное использование антибиотиков в медицине, ветеринарии и сельском хозяйстве приводит к распространению бактериальных штаммов, устойчивых к антибиотикам, в том числе обладающих множественной лекарственной устойчивостью. Это, в свою очередь, препятствует эффективному лечению инфекционных болезней у людей и сельскохозяйственных животных и может стать причиной эпидемий. Один из основных источников устойчивых к лекарствам бактерий — это сточные воды, поскольку в них попадает большинство антибиотиков, не усвоенных и выведенных из организма естественным образом. Более того, очистные сооружения, в которые поступают сточные воды, оказываются «горячими точками» для формирования устойчивых штаммов, потому что здесь микробы, способные обмениваться генетическим материалом, передают друг другу гены антибиотикорезистентности.

Ученые исследовали содержание генов устойчивости к антибиотикам в общем генетическом материале микроорганизмов сточных вод Москвы до и после их очистки. Московские очистные станции ежедневно обрабатывают около 6 миллионов кубометров воды, и очищенные сточные воды сбрасываются в реку Москва, составляя половину ее стока. В исследовании авторы изучили две крупные станции из комплекса Люберецких очистных сооружений АО «Мосводоканал», ответственные за обработку городских сточных вод.

В первую очередь биологи сравнили видовой состав микробных сообществ в сточных водах до и после очистки. Оказалось, что микроорганизмы — фекальные загрязнители и потенциальные патогены — удаляются на очистных сооружениях Москвы с высокой эффективностью: их концентрация в воде после очистки снижается в десятки тысяч раз.

Затем авторы проанализировали весь генетический материал, содержащийся в московских сточных водах. Это позволило выявить бактериальные гены, отвечающие за устойчивость к антибиотикам. В необработанных сточных водах исследователи обнаружили несколько сотен генов, способных обеспечить устойчивость к наиболее широко используемым классам антибиотиков: бета-лактамам, к которым относится пенициллин, макролидам (например, эритромицину), аминогликозидам (например, гентамицину), тетрациклинам (например, доксициклину), сульфаниламидам (например, стрептоциду) и четвертичным аммониевым соединениям, используемым в средствах для дезинфекции.

Ученые рассчитали, что в среднем в неочищенной московской сточной воде на один бактериальный геном (то есть условно на одну бактерию) приходится 1–2 гена устойчивости к антибиотикам, тогда как после обработки воды их доля в общем генетическом материале бактерий снижается примерно в 3–4 раза. Тем не менее, даже в прошедшей все стадии очистки сточной воде были обнаружены гены устойчивости ко многим широко используемым антибиотикам. Ни одни очистные сооружения мира не способны полностью удалить эти генетические последовательности из сточных вод, и, согласно литературным данным, эффективность очистки в Москве сопоставима с мегаполисами других европейских стран.

Рисунок 1. Шахжахон Бегматов, руководитель проекта, научный сотрудник лаборатории геномики микроорганизмов и метагеномики института биоинженерии ФИЦ Биотехнологии РАН. Источник: Шахжахон Бегматов.

Мы получили только первые данные о том, какие гены лекарственной устойчивости поступают в реку Москва со сточными водами. На следующем этапе мы сравним содержание устойчивых к антибиотикам бактерий и генов устойчивости в реке Москва в разных точках выше и ниже по течению от города, чтобы выявить источники загрязнения. Мы проанализируем метагеном речной воды ниже по течению реки, вплоть до места ее впадения в Оку, чтобы посмотреть, насколько эффективна самоочистка речной воды.

Шахжахон Бегматов, руководитель проекта, кандидат биологических наук, научный сотрудник лаборатории геномики микроорганизмов и метагеномики института биоинженерии ФИЦ Биотехнологии РАН

Изображение на обложке: схема исследования. Источник: Шахжахон Бегматов.
Фото предоставлены пресс-службой Российского научного фонда