Wpływ dezynfekcji ścieków szpitalnych na mikrobiom i rezystom

Współczesna medycyna stoi przed jednym z największych wyzwań naszych czasów - narastającą opornością bakterii na antybiotyki. Światowa Organizacja Zdrowia uznaje ją za jedno z dziesięciu najpoważniejszych zagrożeń dla zdrowia publicznego. Antybiotyki, które jeszcze niedawno ratowały życie milionom ludzi, coraz częściej zawodzą, ponieważ bakterie nauczyły się, jak się przed nimi chronić. Miejscem, w którym ten problem jest szczególnie widoczny, są szpitale. W środowisku szpitalnym, gdzie antybiotyki są stosowane powszechnie, a pacjenci często wymagają długotrwałego leczenia, powstaje silna presja selekcyjna - bakterie uczą się przetrwać, utrwalać i gromadzić cechy lekooporności. Takie mikroorganizmy mogą rozprzestrzeniać się nie tylko między pacjentami czy personelem, powodując trudne do opanowania zakażenia szpitalne, ale również wydostawać się poza mury szpitala ze ściekami. Wraz z wodą i nieczystościami z oddziałów medycznych do kanalizacji trafiają miliardy bakterii, w tym groźne szczepy, takie jak Escherichia coli i Klebsiella pneumoniae, wyposażone w geny oporności na antybiotyki. Te mikroorganizmy przedostają się dalej - do miejskiej sieci kanalizacyjnej, oczyszczalni ścieków i środowiska naturalnego, gdzie mogą kontaktować się z bakteriami typowo środowiskowymi. Taki kontakt sprzyja wymianie materiału genetycznego i dalszemu rozprzestrzenianiu się genów oporności. Dodatkowo taka „droga ucieczki” stwarza niebezpiecznym szczepom możliwość adaptacji do środowisk naturalnych oraz kolonizacji nowych nisz ekologicznych. Takie procesy mogą prowadzić do rozprzestrzeniania się mechanizmów oporności w ekosystemach wodnych i glebowych oraz zwiększać ryzyko ponownego pojawienia się opornych bakterii u ludzi i zwierząt - w postaci trudnych do leczenia zakażeń.

dr Damian Rolbiecki, fot. Łukasz Bera Aby ograniczyć to ryzyko, wiele szpitali prowadzi dezynfekcję ścieków przed ich odprowadzeniem do sieci kanalizacyjnej, najczęściej z użyciem chloru. Chlor skutecznie niszczy wiele bakterii i wirusów i od lat jest powszechnie stosowany. Coraz więcej badań sugeruje jednak, że działanie chloru może mieć także nieoczekiwane skutki uboczne. Eksperymenty wskazują, że chociaż chlor dezaktywuje część mikroorganizmów, bakterie, które przetrwają ten stres, uruchamiają liczne mechanizmy obronne, w tym zwiększają częstotliwość wymiany materiału genetycznego, co może sprzyjać przekazywaniu genów oporności.

W moim projekcie chciałem sprawdzić, czy dezynfekcja stosowana w przyszpitalnej stacji dezynfekcji stanowi skuteczną barierę ograniczającą rozprzestrzenianie się bakterii opornych na antybiotyki ze szpitala do środowiska. W badaniach zastosowałem dwutorowe podejście. Z jednej strony pracowałem z żywymi bakteriami, które izolowałem ze ścieków, badając ich oporność na antybiotyki i pokrewieństwo genetyczne. Z drugiej strony poszedłem krok dalej, analizując całą społeczność mikroorganizmów obecną w ściekach. W tym celu po raz pierwszy zastosowałem w tego typu badaniach sekwencjonowanie nanoporowe - nowoczesną technikę pozwalającą odczytać pełny materiał genetyczny obecny w próbce, tzw. metagenom. Dzięki tej metodzie mogłem zobaczyć nie tylko, jakie geny oporności występują w ściekach, ale też które bakterie je niosą i czy istnieje między nimi potencjał wymiany genów.

dr Damian Rolbiecki, fot. Łukasz Bera Wyniki okazały się niepokojące. Parametry dezynfekcji nie zapewniały pełnej skuteczności - w ściekach zdezynfekowanych nadal obecne były liczne bakterie, w tym typowo „szpitalne” gatunki oporne na antybiotyki. To właśnie one najlepiej znosiły stres wywołany działaniem chloru i przeżywały proces dezynfekcji częściej niż szczepy wrażliwe. Analiza metagenomu potwierdziła te obserwacje: po chlorowaniu częściej identyfikowałem powiązania między bakteriami a genami oporności oraz nowe ich kombinacje. Wyniki wskazują, że sam proces dezynfekcji mógł sprzyjać przekazywaniu genów między mikroorganizmami.

Badania pokazały, że dezynfekcja ścieków - choć kluczowa dla bezpieczeństwa - nie zawsze działa tak, jak zakładamy. Przy zastosowaniu nieoptymalnych parametrów proces ten może nie tylko nie eliminować problemu obecności bakterii opornych w ściekach, ale wręcz sprzyjać rozprzestrzenianiu się mechanizmów ich oporności. Wyniki wskazują, jak ważne jest precyzyjne kontrolowanie parametrów i efektywności dezynfekcji oraz poszukiwanie alternatywnych metod, które skuteczniej ograniczą ryzyko przenoszenia lekoopornych bakterii do środowiska.