I stadsströmmar, ihållande läkemedelsföroreningar kan göra att vattenlevande mikrobiella samhällen blir resistenta mot droger. Så rapporterar en ny studie publicerad i dag i tidskriften Ekosfär .

Emma Rosi, en akvatisk ekolog vid Cary Institute of Ecosystem Studies och huvudförfattare till studien förklarar, "Reningsanläggningar för avloppsvatten är inte utrustade för att ta bort många farmaceutiska föreningar. Vi var intresserade av hur strömmikroorganismer - som utför viktiga ekosystemtjänster som att ta bort näringsämnen och bryta ner lövskräp - reagerar på läkemedelsföroreningar."

Forskare utvärderade förekomsten av läkemedel - inklusive smärtstillande medel, stimulantia, antihistaminer, och antibiotika - i fyra strömmar i Baltimore, Maryland. Sedan mätte de det mikrobiella svaret på läkemedelsexponering. Studieplatser valdes ut för att representera en utvecklingsgradient, från förort till urban.

Mikroorganismer som bakterier och alger växer i komplexa sammansättningar som kallas biofilmer - de slemmiga beläggningar som finns på stenar i bäckar. Dessa taxonomiskt olika samhällen är avgörande för att upprätthålla sötvattenhälsa. De kör näringscykel, bryta ner föroreningar, och utgör basen för strömmatsnätet.

Rosi konstaterar, "Olika typer av mikrober tål olika typer och koncentrationer av syntetiska kemikalier. När vi utsätter strömmar för läkemedelsföroreningar, vi förändrar omedvetet deras mikrobiella samhällen. Ändå är lite känt om vad detta betyder för ekologisk funktion och vattenkvalitet."

De analyserade strömmarna är en del av Baltimore Ecosystem Study, och har väldokumenterade skillnader i avlopps- och näringsföroreningar. Under en tvåveckorsperiod, passiva provtagare placerades ut i strömmarna för att fånga en ögonblicksbild av närvaron och överflöd av sex droger. Dessa inkluderade:koffein och amfetamin (stimulerande medel), paracetamol och morfin (smärtstillande), sulfametoxazol (antibiotikum), och difenhydramin (antihistamin).

Resultaten var tydliga:stadsströmmar hade mer läkemedelsföroreningar. Jämfört med deras förortsmotsvarigheter, de hade båda ett större antal droger närvarande, och högre läkemedelskoncentrationer.

Under samma tvåveckorsperiod, teamet körde ett test som undersökte hur mikrobiella samhällen i var och en av de fyra strömmarna reagerade på exponering för koffein, cimetidin, ciprofloxacin, och difenhydramin. Föroreningar testades var för sig, med fokus på vilka mikrobiella arter som skulle kunna överleva i närvaro av drogerna, och hur effektivt de skulle kunna fungera.

Medförfattare John J. Kelly från Loyola University Chicago förklarar, "Strömmikrobiella samhällen är känsliga för läkemedel, som kan undertrycka både andning och primärproduktion. Vi använde andning som en proxy för att bedöma mikrobers förmåga att upprätthålla biologisk funktion i närvaro av läkemedel."

Testburkar som innehåller målläkemedlet och cellulosasvampar, vilka mikrober som lätt kan kolonisera, placerades i de fyra bäckarna. Kontrollburkar, som bara innehåller cellulosasvamparna, placerades nära testburkarna. Fjorton dagar senare, burkarna fördes in i labbet och analyserades för att bestämma närvaron och förekomsten av mikrobiella arter och deras andningshastigheter.

Koffein, cimetidin, och ciprofloxacin ledde till en minskning av mikrobiell andning på alla platser; difenhydramin hade en marginell effekt. Antibiotikumet ciprofloxacin hade en negativ effekt på andningshastigheten, men bara i förortsbäckar. I stadsströmmar, mikrobiell andning var densamma i de läkemedelsexponerade och kontrollprovburkarna.

Efter läkemedelsexponering, typen och förekomsten av mikrobiella arter var olika i stads- och förortsområden. I stadsströmmar, mikrobiella samhällen förändrades i artsammansättning och kunde bättre upprätthålla andningshastigheter. Detta tyder på att dessa bäckar hyser resistenta mikrober som kan frodas när icke-resistenta arter inte längre kan överleva.

Rosi förklarar, "Vi misstänker att eftersom stadsströmmar har fått täta läkemedelsinsatser under långa tidsskalor, fickor av läkemedelsresistenta mikrober har utvecklats i dessa strömmar. De är redo att kolonisera substrat, även när det finns droger. När man ställs inför läkemedelsexponering, dessa resistenta mikrober kan bibehålla ekologisk funktion, även när andra arter har eliminerats."

Medan mikrobiella samhällen kan anpassa sig och frodas i närvaro av ihållande läkemedelsinsatser, inte alla mikrober är lika när det gäller deras inverkan på vattenkvalitet och människors hälsa. Till exempel, bakteriearter av släktet Aeromonas, finns i den mest urbaniserade bäcken, är nära förknippade med mänskliga sjukdomar och gastrointestinala sjukdomar.

Kelly avslutar, "Att hantera vårt sötvatten effektivt kräver en förståelse för hur föroreningar, inklusive läkemedel, påverka mikrobiella samhällen. Våra resultat visar att biofilmer kan vara förvånansvärt motståndskraftiga. De bredare ekologiska effekterna av förändringar i mikrobiella arters sammansättning, såväl som effekterna av undertryckt mikrobiell funktion i mer lantliga strömmar, fortfarande viktiga frågor att utforska."