תפקידם של שפכים בעמידות לאנטיביוטיקה בתוצרת טרייה

מחקר השקיית חסה מבוקר בקפידה מגלה שבעוד שפכים מטופלים משני יכולים עדיין לשאת סיכונים של עמידות לאנטי-מיקרוביאלית, הטיפול השלישוני מגביל באופן דרמטי את מה שמגיע ליבול.

מחקר: השפעת השימוש החוזר בשפכים מטופלים בחקלאות על העברת חיידקים וגנים עמידים לאנטי-מיקרוביאלים לגידולים אכילים: פרספקטיבה של בריאות אחת. קרדיט תמונה: Jasmine_K/Shutterstock.com

השימוש בשפכים מטופלים להשקיית גידולי מזון חוסך במשאבי מים, אך הסיכונים הנלווים לכך אינם מובנים היטב. מחקר שפורסם לאחרונה בכתב העת גבולות במיקרוביולוגיה בוחן את התפשטות הגנים העמידות לאנטי-מיקרוביאלית באמצעות שפכים מטופלים המשמשים בגידולים במסגרת ניסוי מבוקרת.

איזון מחסור במים עם סיכוני בטיחות מזון

מים הם בין משאבי הטבע המוערכים ביותר, שכן הם הבסיס לחיים ולחקלאות. ייצור מזון בר קיימא הוא אתגר מרכזי על רקע המחסור הגובר במים, מה שמוביל לשימוש במקורות מים חלופיים כגון מים ממוחזרים.

מי שפכים, בין אם מטופלים ובין אם לא מטופלים, משמשים להשקיית יבולים בלמעלה מ-50 מדינות ועל יותר מ-20 מיליון הקטרים ​​של אדמה כמעט בכל יבשת, באזורים המתמודדים עם מחסור במים. לדוגמה, הנציבות האירופית (EC) מקדם את השימוש במפעל טיהור שפכים עירוני (WWTP) קולחים כתחליף זמין באופן חופשי למים מתוקים בהשקיה.

עם זאת, מיחזור שפכים טומן בחובו סיכון של זיהום היבול עם פתוגנים הנישאים במזון. סיכון זה הוא משמעותי ביותר עם תוצרת טרייה, שכן היא נאכלת גולמית.

שפכים נושאים גם אנטיביוטיקה, חיידקים עמידים לאנטיביוטיקה (ARB), וגנים עמידות לאנטי מיקרוביאלית (ARGs). תנאי טיפול בשפכים מקדמים את הופעת זני חיידקים עמידים לתרופות והעברת ARGs, התורמים להתפשטות העמידות לאנטי-מיקרוביאלית (א.מ.ר). זה חשוב במיוחד כאשר מתמודדים עם גנים עמידות לאנטיביוטיקה ממוצא אחרון, כגון בטא-לקטמאז בעל ספקטרום מורחב (ESBL) גנים, אשר משביתים מגוון רחב של אנטיביוטיקה בטא-לקטם.

AMR גרם ל-1.27 מיליון מקרי מוות בשנת 2019, והוא קשור במישרין או בעקיפין לכמעט חמישה מיליון מקרי מוות ברחבי העולם. לפיכך, המאמצים לשמור על תקני מיקרוביולוגיים ו-AMR לשימוש חוזר בשפכים בחקלאות הם רלוונטיים ביותר.

מחקרים קודמים הוכיחו כי WWTP מפחיתים את ריכוזי ARB אך אינם מבטלים ARGs. עם זאת, מחקר השקיה בשפכים העלה ממצאים סותרים, אולי בגלל שינויים בתנאי הסביבה, תכונות הקרקע, סוגי היבול ושיטות ההשקיה. המחקר הנוכחי בדק את ההעברה של ARB ו-ARG ממי שפכים מטופלים המשמשים להשקיה לגידול חסה בתנאי ניסוי מבוקרים.

בדיקת העברת התנגדות באמצעות חסה ומים מוחזרים

החוקרים השתמשו בתכנון ניסוי בעל שלוש זרועות כדי להשוות את שיעורי ההעברה של ARB ו-ARG בחסה שגדלה בתנאים מבוקרים, עם מי שפכים לעומת מי שתייה להשקיה. כל אחת משלוש הזרועות הכילה 936 צמחים, שנחשפו למי ברז ראויים לשתייה, שפכים מטופלים משניים ושפכים מטופלים שלישוניים, בהתאמה. כל הניסוי שוכפל כדי להבטיח חזרה.

מי השפכים בהם נעשה שימוש הגיעו ממי מים שהשתמשו ב:

טיפול ראשוני

• אִוְרוּר
• הפרדת מוצקים ומוצקים מרחפים
• הסרת חצץ
• הסרת שומנים

טיפול משני

• תהליך בוצה פעילה עם קרישה, קצף והבהרת למלות
• טיפול שלישוני
• סינון חול
• חיטוי אולטרה סגול-C

החוקרים מדדו את הגידול בהתרבות של חיידק הצואה Escherichia coli (E. coli) ו- ESBL-E. coli (מייצג את ARB). גבול הגילוי היה יחידה אחת יוצרת מושבה (CFU) לכל 100 מ"ל עבור מים, ו-0.08 CFU לגרם חסה, שווה ערך ל-1 CFU לכל 100 מ"ל שטיפת עלים מסוננים, עבור התוצרת.

בנוסף, הם השתמשו בתגובת שרשרת כמותית של פולימראז (qPCR) כדי להעריך את השפע המוחלט והיחסי של ARGs המנורמלים להעתקי גן 16S rRNA: blaCTX–M–1, blaTEM, sul1ו tetA. אלו הם סמני AMR סביבתיים חשובים ונמצאים בשימוש נרחב למעקב AMR.

ממצאי המחקר

זיהום מים

למי שתייה היה עומס החיידקים הנמוך ביותר בהשוואה לשפכים מטופלים.

שְׁנֵיהֶם E. coli ו ESBL-E. coli לא ניתן היה לגלות במים ראויים לשתייה ובדגימות שפכים שטופלו שלישוני. לעומת זאת, טיפול משני הביא לרמות שניתנות לזיהוי במי שפכים בכל הדגימות שנבדקו, עם ריכוזים בכמה יחידות לוג גבוהות יותר מאשר מים ראויים לשתייה או מטופלים שלישוניים.

דפוסים דומים נראו עבור ARGs. למי שתייה היו רמות נמוכות של ה-ARGs sul1 ו blaTEM, בעוד שני האחרים לא היו ניתנים לזיהוי. לעומת זאת, כל דגימות השפכים המטופלות הכילו ARGs הניתנים לזיהוי. הן השפע המוחלט והן היחסי של ARGs היו הנמוכים ביותר במים ראויים לשתייה והגבוהים ביותר בשפכים משניים.

זיהום של חסה

עם חסה, E. coli זוהה ב-94% מהצמחים שגדלו עם שפכים מטופלים משניים, אך ב-33% כאשר נעשה שימוש במים מטופלים שלישוניים או לשתייה. בדיקות עבור ESBL-ה. coli זוהה ב-61% מזרוע השפכים המשנית, לעומת בלתי ניתן לזיהוי בשתי הזרועות האחרות.

מעניין, שתילים הראו רמות ניתנות לזיהוי של sul1 ו tetA בקו הבסיס. זה מצביע על הצורך לבחון זיהום ברמת שתיל, ללא תלות בהשקיה או בזיהום קרקע, תוך תמיכה בהעברה נטו נמוכה של ARGs ממי השקיה, במיוחד עם שפכים מטופלים שלישוניים.

לאחר השקיה, blaCTX–M–1 היה קשור בעיקר לחסה שהושקה עם שפכים מטופלים. במקביל, blaTEM, sul1ו tetA היו ניתנים לזיהוי בכל הטיפולים, כולל מים ראויים לשתייה, בהתאם ל-ARGs ברקע הקיים בשתילים או במיקרוביוטה הקשורה לצמח. שוב, הרמות היו הגבוהות ביותר בהשקיית שפכים משנית. טיפול שלישוני הפחית באופן משמעותי את שפע ARG, אם כי הם נותרו ניתנים לזיהוי ברמות נמוכות.

יש לציין כי ריכוזי ARG שזוהו בחסה היוו רק כ-6% מאלו במי השקיה מטופלים משניים וכ-4% מאלה שבמים מטופלים שלישוניים, מה שמצביע על העברה מוגבלת בתנאי הניסוי.

מהמחקר עולה כי עומס החיידקים במי השקיה תלוי במקור המים. טיפול ביולוגי, כלומר טיפול משני, אינו מספיק כדי לחסל חיידקי צואה ניתנים לזיהוי ו-ARB, כאשר רמות שאריות של חיידקים גבוהות בכמה סדרי גודל מאלה שבמים ראויים לשתייה או מטופלים שלישוניים. שפכים כאלה עשויים להוות מאגר פוטנציאלי לפתוגנים אלה, אם כי פחות משפכים לא מטופלים.

הממצאים מדגישים את הצורך בטיפול בשפכים שלישוני המיועד להשקיה של גידולי תוצרת טרייה כדי למזער מעבר חיידקים לצמחים.

ללא קשר למקור מי ההשקיה, שפע החיידקים הכולל בצמחים, כפי שנמדד על ידי עותקי גן rRNA 16S, נותר דומה. זה מצביע על כך שגורמים אחרים ממלאים תפקיד מרכזי בהתיישבות חיידקים של צמחים. אלה יכולים לכלול בריאות הצמח, חשיפה לאולטרה סגול ותחרות עם זני חיידקים מקומיים.

יש לציין כי המחקר איתר את התרחשותם של חיידקים ו-ARGs על צמחים לאורך כל מחזור הצמיחה. התוצאות מאששות חלקית מחקרים קודמים, המצביעים על סיכון נמוך להעברת ARG באמצעות השקיה עם שפכים מטופלים בתנאים מבוקרים עם עומסים מיקרוביאליים נמוכים וחשיפה עקיפה לעלים.

לעומת זאת, מחקרים אחרים מצביעים על כך שניתן להעביר ARGs ישירות לחלקי צמחים אכילים ולאדמה באמצעות השקיה. זה קורה במיוחד עם עומסי חיידקים גבוהים במי ההשקיה, בניגוד לנטל המיקרוביאלי הנמוך יחסית של שפכים מטופלים בניסוי הנוכחי.

בסך הכל, העברה משמעותית של ARG מתרחשת בעיקר כאשר איכות המים נמוכה, עומסי החיידקים גבוהים או השקיה מביאה מים למגע ישיר עם עלים.

נדרשים מחקרים עתידיים המבוססים על שדה כדי לשפר את יכולת ההכללה של תוצאות אלו על ידי התייחסות לגורמים בעולם האמיתי כגון גשמים, שינויים עונתיים, אינטראקציות קרקע-צמח וזיהום מיקרוביאלי סביבתי ללא תלות במי השקיה. מחקרי אורך של קרקעות יעזרו גם להבין כיצד ARGs בקרקע מתפקדים בטווח הארוך.

טיפול מתקדם בשפכים ממזער סיכונים להעברת התנגדות

המחקר מראה כי שפכים מטופלים משניים נותרים מאגר פוטנציאלי להחדרת חיידקי צואה ו-ARB לגידולים. לא שפכים ראויים לשתייה ולא שפכים מטופלים שלישוני הכילו רמות שניתנות לזיהוי של אחד מהם E. coli או ESBL-E. coli.

כל דגימות השפכים המטופלות הכילו ARGs בשפע נמוך, אם כי עם העברה נמוכה למפעלים, עם שפע גבוה יותר בשפכים משניים לעומת שלישוניים שטופלו. בין הגנים שהוערכו, רק tetA הראו הבדלים מובהקים סטטיסטית בשפע על פני טיפולי השקיה בחסה.

נראה כי מים מטופלים שלישוניים מהווים סיכון נמוך יחסית למי שתייה להשקיה ביחס להעברת עמידות לאנטי-מיקרוביאלית במחקר מבוקר זה, ואין להניח שהם שוות ערך בתנאי שטח. מחקרים עתידיים צריכים להתייחס לסוגיות של הכללה, נוכחות של ARGs בשתילים, ותפקידם של גורמים סביבתיים ואגרונומיים בהעברת AMR באמצעות תוצרת טרייה.

הורד את עותק ה-PDF שלך עכשיו!