w sztucznym śniegu oraz wodzie
3. Analiza wyników
3.3. Tandemowa spektrometria masowa z chromatografią cieczową i elektrorozpylaniem (LC - ESI - MS/MS)
Lek, po podaniu do organizmu człowieka, przechodzi szereg procesów metabo-licznych, w których zmienia on swój skład chemiczny. Przemiany te mają też na celu zmianę struktury antybiotyku na hydrofilową oraz polarną. Jednak nasz organizm nie jest w stanie całkowicie zdegradować cząsteczki antybiotyku i są one końcowo wydalane wraz z moczem i transportowane do oczyszczalni, a niekiedy nielegalnie odprowadzane wraz z ściekami do wód powierzchniowych. Procesy chemiczne, jak i fizyczne stosowane do oczyszczania ścieków w oczyszczalniach również nie usuwają 100% obecnych antybiotyków, przez co wraz z oczyszczonym ściekiem również trafiają one końcowo do wód powierzchniowych. Podczas biodegradacji usuwanych jest jedynie 50-70% obecnych antybiotyków. Skuteczniejszą metoda okazuje się ozonowanie które niszczy 90-99% farmaceutyków [27]. Badania próbki pobranej w rejonie oczyszczalni (tab. 9) wykazały obecność prawie wszystkich badanych anty-biotyków w trzech terminach z wyłączeniem: cefuroksymu, tylozyny w dwóch ostatnich terminach, ceftazydymu w próbie z 6.01.2018 r. oraz lewofloksacyny z próby pobranej w grudniu 2018. Do punktu tego odprowadzane są oczyszczone ścieki z pobliskiej oczyszczalni ścieków. Wyniki te potwierdzają tylko fakt, że procesy stosowane w oczyszczalniach nie są w stanie usunąć 100% obecnych w ściekach antybiotyków.
Potwierdzają to również badania na ścieku oczyszczonym z rzeki Hoje w Szwecji, które wykazały obecność sulfametaksazolu oraz trimetoprimu. W tym samym państwie w jeziorze Malaren i Saltsjo wykazano obecność ofloksacyny [28]. W innych badaniach wykazano, że sulfametaksazol i trimetoprim obecny był w wodach Tamagawy (Japonia), Youngsamu (Korea Płd.), Sekwany (Francja) oraz Douro (Portugalia) [29]
W punkcie Ujęcie nie wykazano obecności ampicyliny, sulfametaksazolu, tylozyny oraz ceftazydymu w żadnym z trzech terminów. W poborze z listopada 2018 nie wykazano obecności ofloksacyny, ciprofloksacyny, klindamycyny i erytromycyny, a w grudniu 2018 nie potwierdzono obecności ciprofloksacyny oraz enrofloksacyny.
Obecność antybiotyków w wodach Ujęcia jest znacznie rzadsza w porównaniu do próbek z Oczyszczalni. Obecność ciprofloksacyny wykazano w wodach powierzchnio-wych USA, ale także w znacznie większych ilościach w osadach dennych [27].
Wiktoria Grzebieniarz, Anna Lenart-Boroń
Stwierdzono także, że obecność w wodach antybiotyków przekłada się na szerzenie oporności bakterii na poszczególne antybiotyki. W niniejszych badaniach wykazano że obecność ampicyliny, ceftazydymu oraz cefoksytyny w wodach Białki wpływa na występowanie bakterii opornych na te antybiotyki.
Tabela 9. Wyniki tandemowej spektrometrii masowej z chromatografią cieczową i elektrorozpylaniem dla badanych antybiotyków
Zanieczyszczenie mikrobiologiczne, lekooporność Escherichia coli i obecność antybiotyków w sztucznym śniegu oraz wodzie
W ostatnich latach prowadzi się wiele badań dotyczących jakości wód powierzch-niowych, które jednoznacznie potwierdzają ich zanieczyszczenie. W wodzie znajdują się związki organiczne, metale ciężkie, pestycydy, farmaceutyki, a w tym antybiotyki.
Związki te kumulowane są w osadach dennych i wodach. Trafiające do wód powierzch-niowych antybiotyki oddziałują negatywnie na bytujące w nich zwierzęta, ale również przedostają się do gleb gdzie człowiek uprawia rośliny, które następnie spożywamy.
Takie zanieczyszczenie trafiające do naszych organizmów jest szczególnie niebezpieczne dla osób z dolegliwościami wątroby oraz niewydolnością nerek. Staje się to poważnym problemem na skalę światową. Spowodowane jest to niewłaściwą utylizacją leków w szpitalach ale także w naszych domach czy gospodarstwach. Trafiające do wód antybiotyki mają stężenia subletalne, co sprzyjająco wpływa na szerzenie zjawiska lekooporności wśród bakterii. Wytwarzanie lekooporności może obejmować tylko bakterie typowe dla środowiska wodnego, jednak niestety najczęściej lekooporność nabywają bakterie chorobotwórcze [28].
4. Wnioski
1) Badania w kierunku zanieczyszczenia mikrobiologicznego wód oraz śniegu wskazują na ich znaczne zanieczyszczenie bakteriologiczne, w szczególności bakteriami grupy coli oraz mezofilnymi.
2) Na liczebność badanych drobnoustrojów w badanych próbkach wód może mieć wpływ niekontrolowany wypływ ścieków z ośrodków wypoczynkowych, co następnie powoduje dalsze zanieczyszczenie mikrobiologiczne sztucznego śniegu.
3) Udział szczepów lekoopornych E. coli wyizolowanych z prób wody był mniejszy w porównaniu do szczepów wyizolowanych ze śniegu.
4) Najczęściej stwierdzano oporność na ceftazydym oraz amoksycylinę.
5) Analiza obecności genów warunkujących oporność ESBL wśród wyizolowanych szczepów z wody i śniegu wykazała dominację genów blaCTX-M oraz blaTEM, natomiast nie stwierdzono obecności genów blaOXA i blaSHV.
6) Liczba antybiotyków obecnych w wodach Białki w sezonie zimowym zwiększa się wraz z biegiem czasu.
7) Wśród badanych punktów, najwięcej antybiotyków stwierdzono przy zrzucie ścieków z oczyszczalni, co sugeruje, że procesy oczyszczania nie eliminują w 100% antybiotyków obecnych w ściekach.
8) Badania wykazały, że oporność bakterii na antybiotyki, związana jest z obecnością tych substancji w wodach Białki.
Literatura
1. Guz K., Doroszkiewicz W., Kontrola i ocena jakości wody w ochronie środowiska, Ekologia i technika, 11, 2013, s. 22-31.
2. Lenart-Boroń A., Wolanin A., Jelonkiewicz Ł., Żelazny M, Factors and mechanisms affecting seasonal changes In the prevalence of microbiological indicators of water quality and nutrient concentrations In waters of the Białka river catchment, southern Poland, Water air soil pollut, 227, 2016, s. 302.
3. Łebkowska M., Występowanie bakterii antybiotykoopornych w wodzie przeznaczonej do spożycia przez ludzi, Ochrona środowiska, Polskie Zrzeszenie Inżynierów i Techników Sanitarnych, 31, 2009, s. 11-15.
Wiktoria Grzebieniarz, Anna Lenart-Boroń
4. Libudzisz W., Kowal K., Żakowska Z. (red.), Mikrobiologia techniczna, PWN, Warszawa 2012.
5. Siedlecka A., Piekarska K., Metody hodowlane i molekularne w badaniach antybiotyk oporności w wodzie wodociągowej, Politechnika Wrocławska 2016.
6. Siedlecka A. 2016. Antybiotykooporność mikroorganizmów w systemach oczyszczania ścieków, Technical Issues, 1, 2016, s. 74-81.
7. Gniadkowski M., Żabicka D., Hryniewicz W., Rekomendacje doboru testów do oznaczania wrażliwości bakterii na antybiotyki i chemioterapeutyki, KORLD, 2009.
8. Hryniewicz W., Tabele interpretacji wyników oznaczania lekowrażliwości zgodnie z zaleceniami EUCAST, www.korld.edu.pl/pdf/EUCAST_breakpoints_t%C5%82 umaczenie_versja_8_2018.pdf, 06.12.2018 r.
9. Gao W., Smith W., Li Y., Natural freezing as a wastewater treatment method: E. coli inactivation capacity, Water Research, 12, 2006, s. 2321-2326.
10. Lenart-Boroń A., Prajsnar J., Boroń P., Survival and Antibiotic Resistance of Bacteria in Artificial Snow Produced from Contaminated Water, Water Environment Research, 89, 2017, s. 2059-2069.
11. Adamowicz-Małecka M., Kubera Ł., Okoniewska A., Donderski W., Stan sanitarno-bakteriologiczny Stugi Jarcewskiej, Zeszyty problemowe postępów nauk rolniczych, 567, 2011, s. 189-197.
12. Łuczkiewicz A., Jankowska., Kurlenda J., Oleńczuk-Nayman K., Identification and Antimicrobial Susceptibility of Fecal Coliforms Isolated from Surface Water, Polish J. of Environ, 4, 2011, s. 941-950.
13. Parker L. V., Yushak M. L., Martel C. J., Reynolds C.M., Bacterial survival In snow made from waste watr, US ArmyCorps of Engineers 2000.
14. Berleć K., Jurek A., Michalska M., Traczykowski A., Mikroflora rekultywowanych zbiorników wodnych na przykładzie Jeziora Rudnickiego Wielkiego, Rocznik Ochrona Środowiska, 11, 2009, s. 1029-1040.
15. Kukuła E., Ocena jakości mikrobiologicznej wód Sanu, II Konferencja Naukowo-Techniczna „Błękitny San”, 2006, s. 125.
16. Frąk M., Zanieczyszczenia bakteriologiczne w ocenie jakości wód Biebrzy, Woda-Środowisko-Obszary wiejskie, 2, 2010, s. 73-82.
17. Donderski W., Wilk I., Bacteriological Studies of Water ant bottom sediments of the Vistula river between Waszygród and Toruń, Polish journal of environmental studiem, 1, 2001, s. 33-40.
18. Frączek K., Grzyb J., Chmiel M., Ocena zagrożenia bakteriologicznego w wodach powierzchniowych w rejonie eksploatowanego środowiska odpadów komunalnych, Woda - Środowisko - Obszary wiejskie, 15, 2014, s. 37-45.
19. Michałowski M., Analiza zanieczyszczeń związkami fenolowymi górnego dorzecza Raby i Dunajca oraz ustalenie źródeł emisji tych związków, Inżynieria Mineralna, 1, 2011, s. 19-26.
20. Ozgumus O., Celik-Sevim E., Alpay-Karaoglu S., Sandalli C., Sevim A., Molecular Characterization of Antibiotic Resistant Escherichia coli Strains Isolated from Tap and Spring Waters in a Coastal Region in Turkey, The Journal of Microbiology, 5, 2007, s. 379-387.
21. Akiba M., Sekizuka T., Yamashita A., Kuroda M., Fujii Y., Murata M., Lee K., Joshua D., Balakrishna K., Bairy I. Subramanian K., KrishnanP., Munuswamy N.,Sinha R.,
Distribution and relationships of antimicrobial resistance determinants among extended - spectrum - cephalosporin - resistant or carbapenem - resistant Escherichia coli isolates from rivers and sewage treatment plants in India, Antimicrobial agents and chemotherapy, 5, 2016, s. 2972-2980.
Zanieczyszczenie mikrobiologiczne, lekooporność Escherichia coli i obecność antybiotyków w sztucznym śniegu oraz wodzie
22. Chigor V., Umoh V., Smith S., Igbinosa E., Okoh A., Multidrug resistance and plasmid patterns of Escherichia coli O:157 and other E. coli isolated from diarrhoeal stools and surface waters from some selected sources in Zaria, Nigeria, International journal of environmental research and public health, 10, 2010, s. 3831-3841.
23. Subba P., Joshi D.R., Bhatta D.R., Antibiotic resistance pattern and plasmid profiling of thermotolerant Escherichia coli isolates in drinking water, Journal of
nepalhealthresearchcoun - cil, 1, 2013, s. 44-48.
24. Korzeniewska, E., Korzeniewska, A., Harnisz, M., Antibiotic resistant Escherichia coli in hospital and municipal sewage and their emission to the environment, Ecotoxicology and Environmental Safety, 91, 2013, s. 96-102.
25. Dhanji H., Murphy N., Akhigbe Ch., Doumith M., Hope R., Livermore, Woodford D., Isolation of fluoroquinolone – resistant O25b:H4 - ST131 Escherichia coli with CTX - M - 14 extended – spec trum β-Lactamase from UK River water, Journal of
antimicrobialchemotherapy, 3, 2010, s. 512-516.
26. Chandran S., Divan V., Tamhankar A., Joseph B., Rosales-Klintz S., Mundayoor S., Lundborg C., Macaden R., Detection of carbapenem resistance genes and cephalosporin, and quinolne resistance genes alog with oqxAB gene in Escherichia coli in hospital wastewater: a matter of concern, Journal applied microbiology, 117, 2014, s. 984-995.
27. Szymonik A., Lach J., Obecność farmaceutyków w wodach powierzchniowych i przeznaczonych do spożycia, Proceedings of ECOpole, 7, 2013, s. 2.
28. Szymonik A., Lach J., Zagrożenie środowiska wodnego obecnością środków farmaceutycznych, Inżynieria i Ochrona Środowiska, 15, 2012, s. 249-263.
29. Monteiro SC., Boxall AB., Occurrence and fate of human pharmaceuticals in the environment, Rev Environ Contam Toxicol, 202, 2010, s. 53-154.
Zanieczyszczenie mikrobiologiczne, lekooporność Escherichia coli i obecność antybiotyków w sztucznym śniegu oraz wodzie
Streszczenie
Ciągle rozwijająca się infrastruktura narciarska i napływ turystów na południu Polski, niesie za sobą pogorszenie stanu jakości wód powierzchniowych. Przeprowadzono badania stanu mikrobiologicznego wód i śniegu, lekooporności bakterii, występowania genów oporności oraz obecności antybiotyków w wodach w miejscowości Białka Tatrzańska, Jurgów oraz Zakopane. Celem analiz było określenie czy stale rozwijająca się turystyka i sztuczne naśnieżanie stoków wpływają na jakość wód powierzchniowych oraz na szerzenie lekooporności wśród bakterii. Celem badań było także wykazanie czy obecność antybiotyków w wodach ma odzwierciedlenie w lekooporności u bakterii na te antybiotyki. Analizy obejmowały trzy pobory na przełomie 2018 i 2019 roku. Pobierane były próby wody z rzeki Białki oraz potoku Remiaszów, a także śnieg ze stoków Kotelnica, Remiaszów, Bania, Harenda oraz Jurgów. Stan wód określono na podstawie liczebności bakterii wskaźnikowych metodą seryjnych rozcieńczeń oraz filtracji membranowej.
Obecność wybranych antybiotyków oznaczono za pomocą tandemowej spektrometrii masowej z chromatografią cieczową i elektrorozpylaniem. Lekooporność bakterii wyznaczono za pomocą antybiogramu podstawo-wego oraz rozszerzonego, metodą dyfuzji krążkowej, a wyniki obecności genów oporności uzyskano metodą PCR i elektroforezą w żelu agarozowym. Uzyskane wyniki wykazały znaczne zanieczyszczenie bakteriologiczne, głównie bakteriami grupy coli. Na liczebność badanych drobnoustrojów może mieć wpływ niekontrolowany wypływ ścieków z ośrodków wypoczynkowych. Badania wyizolowanych szczepów z prób wody wykazały mniejszą antybiotykooporność w porównaniu do szczepów izolowanych ze śniegu. Analiza występowania genów oporności typu ESBL wśród wyizolowanych szczepów wykazała dominację genów blaCTX oraz blaTEM, natomiast nie wykazała obecności genów blaOXA i blaSHV. Badania wykazały, że procesy oczyszczania nie eliminują 100% antybiotyków obecnych w ściekach, a ich wpro-wadzanie do wód powierzchniowych, może przyczyniać się do nabywania przez bakterie lekooporności.
Słowa kluczowe: lekooporność, wody powierzchniowe, zanieczyszczenie mikrobiologiczne
Wiktoria Grzebieniarz, Anna Lenart-Boroń
Microbial contamination, drug resistance of Escherichia coli and the presence of antibiotics in artificial snow and water
Abstract
Constantly developing ski infrastructure and tourism in southern Poland result in deterioration of the surface water quality. The analyzes involving the microbiological quality of water and snow, bacterial drug resistance, the presence of bacterial resistance genes and the presence of antibiotics in these waters were carried out in Białka Tatrzańska, Jurgów and Zakopane. The aim of the analyzes was to determine whether constantly growing tourism and artificially snowed ski slopes affect the quality of surface waters, and the spread of drug resistance among bacteria. The aim of the study was also to show whether the presence of antibiotics in waters is reflected in the occurrence of drug resistance in bacteria. At the turn of 2018 and 2019 water samples were collected from the Białka River and the Remiaszów Stream, while snow samples were collected from the slopes of Kotelnica, Remiaszów, Bania, Harenda and Jurgów ski stations. The quality of water was determined based on the number of indicator bacteria using the serial dilution and membrane filtration methods. The presence of selected antibiotics was determined by tandem mass spectrometry with liquid chromatography and electrospraying. Bacterial drug resistance was determined using a basic and extended antibiogram, with the disk diffusion method while the presence of resistance genes was assessed by PCR and agarose gel electrophoresis. The obtained results showed significant bacteriological contamination, mainly with coliforms. The number of tested microorganisms may be affected by the uncontrolled sewage outflow from leisure centers. Studies of strains isolated from water samples have shown lower antibiotic resistance compared to snow-derived strains. Analysis of the presence of resistance genes among isolated strains showed the dominance of blaCTX–M and blaTEM genes, while the blaOXA and blaSHV genes were not found. Studies have shown that the sewage treatment processes does not eliminate 100% of antibiotics present in the wastewater, and its introduction into surface waters can contribute to the acquisition of drug resistance by bacteria.
Keywords: antibiotic resistance, microbiological contamination, surface water
Klaudia Staśkiewicz1, Anna Szakiel2