Microbiologie in hapklare porties
Water zuiveren van Antibiotica Resistente Genen (ARG’s)
Afvalwaterzuivering is een maatregel die het milieu én de volksgezondheid beschermt tegen de verspreiding van pathogenen die virulentiegenen bevatten, of die resistent zijn tegen geneesmiddelen zoals antibiotica. De behandeling vereist processen die het potentieel schadelijke deel van de microbiële gemeenschap en hun genen inactiveren of elimineren. Het verwijderen van de genen verantwoordelijk voor antibioticumresistentie blijkt een uitdagende taak te zijn. Toch ontbreekt er een gestandaardiseerde aanpak om de kwaliteit en efficiëntie te waarborgen.
Geavanceerde benaderingen om dit probleem aan te pakken omvatten desinfectietechnologieën zoals membraanbioreactoren, chlorering, ultravioletstraling, ozonatie, thermofiele anaërobe vergisting of gemanipuleerde lytische fagen (figuur 1). Met al deze technologieën wordt geprobeerd te voorkomen dat micro-organismen hun weg vervolgen van afvalwater naar rivieren en oceanen waar zij in contact kunnen komen met mensen, dieren en planten. Sommige van deze technologieën onderbreken de communicatieroutes tussen micro-organismen, zodat de uitwisseling van antibioticumresistentie-genen minder waarschijnlijk wordt. Helaas geven micro-organismen zich niet gemakkelijk gewonnen en hebben de huidige desinfectietechnologieën bepaalde beperkingen.
Chemische behandelingsprocessen verminderen bijvoorbeeld het aantal antibioticumresistente bacteriën en de hoeveelheid horizontale genoverdracht, maar hun efficiëntie wordt binnen de perken gehouden wanneer ze van laboratoriumschaal naar de afvalwaterzuiveringsinstallaties gaan. In dit laatste scenario hebben onderzoekers in Zwitserland (Czekalski et al., 2016) de mogelijke productie van schadelijke bijproducten besproken bij gebruik van hoge doses chloor of ozon. Ze bestudeerden ook het risico van selectie waardoor zeer resistente stammen overleven en opnieuw groeien tijdens en na de behandeling.
Bovendien verminderde een temperatuurbehandeling de overvloed aan antibioticumresistente genen, maar toch zou deze vermindering alleen specifiek kunnen zijn voor bepaalde genen, zoals een andere onderzoeksgroep opmerkte (Zhang et al., 2015). Zij ontdekten dat thermofiele anaerobe vergisting in zuiveringsslib meer dan 90% van de quinolonresistentiegenen verwijderde, terwijl het tegelijkertijd chlooramfenicolresistente genen verrijkt.
Voortbouwend op de bestaande technieken voerden Hembach en zijn collega’s experimenten uit om de efficiëntie van ultrafiltratie en ozonbehandeling bij het terugdringen van antibioticaresistentiegenen te vergelijken. De resultaten toonden aan dat beide technieken de hoeveelheid bacteriën, waaronder E. coli, A. baumannii en Enterococcen, in sterkere mate terugdringen in vergelijking met voorafgaande conventionele biologische behandeling.
Ozon is een chemische stof die de organische verbindingen van bacteriecellen oxideert en ze daardoor verzwakt of doodt. Anderzijds verwijdert ultrafiltratie de bacteriecellen uit afvalwater door te kiezen voor een membraan met een poriegrootte waar bacteriën en andere micro-organismen niet door kunnen passeren. In dit experiment was behandeling van afvalwater met alleen ozon minder toereikend voor de vermindering van bacteriecellen dan ultrafiltratie, zoals werd waargenomen bij bacteriecellen die drager zijn van het CTX-M-32-gen – een ß-lactamase tegen cefalosporines (figuur 2). Behandeling met ozon heeft niettemin zijn sterke punten bij het terugdringen van microverontreinigingen zoals antibiotica of biociden. Om deze reden bevelen de onderzoekers van deze studie (Hembach et al., 2019) toekomstige studies aan om gecombineerde technologieën te overwegen, bijvoorbeeld ozonatie gevolgd door adsorptiefiltratie en membraangebaseerde ultrafiltratie.
Aangezien antibioticaresistentiegenen zich blijven verplaatsen langs waterstromen, vooral die van ziekenhuizen en farmaceutische bedrijven, zijn innovatieve ontwikkelingen en het combineren van bestaande technologieën manieren om in te grijpen en de selectie of het opnieuw groeien van resistente bacteriën te voorkomen.
Other reference
Hembach, N., et al. (2019). “Dissemination prevention of antibiotic resistant and facultative pathogenic bacteria by ultrafiltration and ozone treatment at an urban wastewater treatment plant.” Sci Rep 9(1): 12843.
Vertaald door: Lieselotte Peeters
micro-bites.org 