Produkterna från avloppsvattenrening har visat sig innehålla spårmängder av antibiotikaresistent DNA. Dessa produkter återinförs ofta till miljön och vattenförsörjningen, kan leda till spridning av antibiotikaresistens. Som sådan, forskare vid University of Southern California Viterbi School of Engineering har studerat utvecklingen av dessa potentiellt skadliga och farliga gener i avloppsvattenreningsprocesser. Deras resultat, publiceras i Miljövetenskap och teknik , indikerar att även låga koncentrationer av bara en enda typ av antibiotika leder till resistens mot flera klasser av antibiotika.

"Vi kommer snabbt till en skrämmande plats som kallas en "post-antibiotisk värld, "där vi inte längre kan bekämpa infektioner med antibiotika längre eftersom mikrober har anpassat sig för att vara motståndskraftiga mot dessa antibiotika, sa Adam Smith, biträdande professor i civil- och miljöteknik vid USC och ledande utredare av studien. "Tyvärr, Konstruerade vattenreningssystem blir en slags varmbädd för antibiotikaresistens."

Majoriteten av de antibiotika vi konsumerar metaboliseras i våra kroppar. Dock, små mängder passerar genom oss i vårt avfall, som sedan transporteras till avloppsreningsverk. Vid dessa anläggningar, ett av de vanligaste sätten att rena avloppsvattnet är med en membranbioreaktor, som använder både ett filtreringssystem och en biologisk process där mikroskopiska bakterier konsumerar restprodukter.

När man konsumerar det organiska avfallet, bakterierna möter antibiotika och uttrycker resistensgener som minskar effektiviteten av dessa läkemedel. Dessa resistensgener kan sedan överföras från förälder till dottercell och mellan grannar genom en process som kallas horisontell genöverföring.

När bakterierna äter, reproducerar och växer, ett överskott ackumuleras som kallas biomassa. Ett typiskt avloppsreningsverk producerar massor av biomassa varje dag. En gång behandlad, det slängs på soptippar eller används som gödningsmedel för jordbruk och djurfoder.

I ett ännu svårare scenario, små mängder antibiotikaresistenta bakterier och fritt flytande DNA tar sig igenom filtreringsmembranet och kommer ut på andra sidan reningsverket i det som kallas avloppsvattnet, eller vattenbäcken som lämnar anläggningen. I Los Angeles, en del av detta kommer att dumpas i L.A. River och Stilla havet, medan resten återvinns för bevattning, biltvättar, brandbekämpning, eller för att fylla på tillfört grundvatten, en vanlig källa till dricksvatten.

Laget, inklusive Ali Zarei-Baygi, studiens förstaförfattare och Ph.D. student vid USC, Moustapha Harb, postdoktor vid USC, Philip Wang, Ph.D. student vid USC, och Lauren Stadler, biträdande professor vid Rice University, tror att mängden antibiotikaresistenta organismer som bildas i reningsverk skulle kunna minskas genom förändringar i reningsprocesserna. Till exempel, genom att använda syrefritt, eller anaerob, processer snarare än aeroba processer, och genom att använda membranfiltrering.

Följaktligen, för sina studier, de använde en småskalig anaerob membranbioreaktor och jämförde de resulterande antibiotikaresistensprofilerna i biomassan och avloppsvattnet med varandra och med de varierande koncentrationerna och typerna av antibiotika som de introducerade i systemet.

De upptäckte två nyckelfynd:motståndet i biomassan och avloppsvattnet är olika och därför kan det ena inte användas för att förutsäga det andra; och korrelationerna de hittade mellan den tillsatta antibiotikan och resistensgenerna var inte alltid tydliga. Faktiskt, deras resultat indikerade multiläkemedelsresistens där bakterier hade gener som möjliggör resistens mot flera klasser av antibiotika.

"Multidrogresistensen verkar vara den mest alarmerande effekten av detta, ", sade Smith. "Oavsett de inflytande antibiotika, oavsett om det bara är en eller riktigt låga koncentrationer, det är troligtvis mycket resistens mot flera läkemedel som sprider sig."

De tror att detta beror på närvaron av genelement som kallas plasmider. En plasmid kan bära resistensgener för flera olika typer av antibiotika, vilket resulterar i positiva korrelationer mellan en typ av antibiotika och resistensgenen hos en annan. Detta komplicerar inte bara saker och ting ytterligare, men kan vara extremt farligt. På grund av deras extremt lilla storlek-1, 000 gånger mindre än bakterier – fritt flytande plasmider kan lätt ta sig igenom filtreringssystemet i reningsprocessen och lämna anläggningen i avloppsvattnet.

Teamet tittar nu närmare på sammansättningen av avloppsvattnet och planerar att tillämpa det de lärt sig på andra avfallsströmmar, såsom djuravfall, genom ett partnerskap med USDA.