Überwachung von Antibiotikaresistenz durch Abwasser

Antimikrobielle Resistenzen (AMR) sind ein ernsthaftes Gesundheitsproblem, das viele Menschen weltweit betrifft. Es passiert, wenn Bakterien resistent gegen die Medikamente werden, die eigentlich dafür gedacht sind, sie abzutöten, was Infektionen schwerer behandelbar macht. Die Weltgesundheitsorganisation hat AMR als eine der grössten Bedrohungen für die Menschheit heute hervorgehoben. Im Jahr 2019 waren rund 4,95 Millionen Todesfälle mit medikamentenresistenten Infektionen verbunden, besonders in ärmeren Ländern in Subsahara-Afrika. Um dieses Problem zu bekämpfen, ist es wichtig, ständig zu überwachen, wie sich Bakterien verändern und wie wirksam Behandlungen sind.

Es gibt verschiedene Programme zur Überwachung von AMR, wie das Globale Überwachungssystem für antimikrobielle Resistenzen und andere in Europa und Zentralasien. Diese Programme konzentrieren sich jedoch oft auf Daten aus Krankenhäusern und spiegeln möglicherweise nicht genau die AMR in der allgemeinen Bevölkerung wider. Viele Labore in einkommensschwachen und mittelständischen Ländern haben nicht die richtigen Werkzeuge, um diese Informationen zu sammeln, was bedeutet, dass ihre Daten oft fehlen, obwohl sie erheblich von AMR betroffen sind.

#Abwasserüberwachung

Eine vielversprechende Methode zur Überwachung von AMR ist die Abwasserüberwachung. Dieser Ansatz analysiert Abwasser aus einer gesamten Gemeinde, was wertvolle Informationen über das Vorhandensein von resistenten Bakterien und deren Gene liefern kann. Während der COVID-19-Pandemie wurde die Abwasserüberwachung erfolgreich genutzt, um die Verbreitung des Virus zu verfolgen. Jetzt wenden Forscher diese Methode an, um AMR zu studieren, da sie Muster des Antibiotikaeinsatzes in einer Gemeinschaft aufdecken und Probleme mit medikamentenresistenten Bakterien signalisieren kann, bevor sie weit verbreitet sind.

Abwasserbehandlungsanlagen (WWTPs) sind wichtige Bereiche für das Studium von AMR, da sie Abwasser aus verschiedenen Quellen sammeln, einschliesslich Krankenhäusern, Landwirtschaft und Industrie. Wenn diese Anlagen versagen, resistente Bakterien und Gene zu entfernen, können sie in die Umwelt gelangen. Das Abwasser von Krankenhäusern ist besonders besorgniserregend, da dort viele Antibiotika verwendet werden, was zu einer hohen Konzentration resistenter Stämme führt.

Neben WWTPs verdienen auch andere Bereiche Aufmerksamkeit, wie Wohn- und Institutionen. In vielen einkommensschwachen und mittelständischen Ländern werden Antibiotikaverschreibungen möglicherweise nicht genau überwacht, was zu Selbstmedikation und Missbrauch führt. Durch das Studieren von Abwasser aus diesen Bereichen können Forscher besser verstehen, wie resistente Gene sich verbreiten.

#Überblick über die Forschungsstudie

In dieser Studie setzten sich die Forscher zum Ziel, resistente Gene im Abwasser von vier verschiedenen Orten zu identifizieren: einem Krankenhaus, Universitätswohnheimen und dem Zufluss und Ablauf einer WWTP. Um Proben zu sammeln, verwendeten die Forscher spezielle Abstriche, die 24 Stunden im Abwasser platziert wurden. Die gesammelten Proben wurden dann zur Analyse ins Labor transportiert.

Um die Proben zu analysieren, extrahierten die Forscher RNA, die zeigt, welche Bakterien und Gene im Abwasser aktiv sind. Die RNA wurde dann sequenziert, was es den Wissenschaftlern ermöglichte, verschiedene Antibiotikaresistenzgene an jedem Standort zu identifizieren.

#Ergebnisse zu Antibiotikaresistenzgenen

Die Studie ergab eine signifikante Anzahl von Antibiotikaresistenzgenen im Abwasser des Krankenhauses im Vergleich zur Universität und den WWTPs. Das Krankenhausabwasser wies ein breites Spektrum dieser Gene auf, während die Universität weniger hatte. Der Zufluss und Ablauf der WWTP zeigten sogar noch weniger Resistenzgene.

Konkret waren bestimmte Resistenzgene im Krankenhausabwasser besonders häufig. Zum Beispiel wurden Gene, die gegen Sulfonamide und Aminoglykoside resistent sind, häufig gefunden. Die Forscher bemerkten auch, dass im Universitätsabwasser mehrere Resistenzgene gegen Tetracycline, die weit verbreitete Antibiotika sind, vorhanden waren.

Die Gesamtzahl der Antibiotikaresistenzgene in den gesammelten Abwasserproben variierte. Beispielsweise wies das Krankenhausabwasser 84 verschiedene Resistenzgentypen auf, während es an der Universität 27 waren und der Zufluss und Ablauf der WWTP 14 und 9, respectively. Einige Gene wurden an mehreren Standorten gefunden, was darauf hindeutet, dass sie in Bereichen, in denen Antibiotika häufig verwendet werden, verbreitet sind.

#Mobile genetische Elemente und Virulenzfaktoren

Neben Resistenzgenen schauten die Forscher auch nach mobilen genetischen Elementen und Virulenzfaktoren im Abwasser. Mobile genetische Elemente sind DNA-Stücke, die sich innerhalb und zwischen Bakterien bewegen können und oft Antibiotikaresistenzgene tragen. Das Vorhandensein dieser Elemente zeigt, wie Resistenzen sich unter verschiedenen Bakterien verbreiten können.

Die Studie fand mehrere mobile genetische Elemente im Abwasser von Krankenhäusern und Universitäten. Beispiele sind Plasmide, die Resistenzgene tragen können, und Insertionsequenzen, die die Bewegung dieser Gene innerhalb bakterieller Genome fördern.

Virulenzfaktoren, die Bakterien helfen, Krankheiten zu verursachen, wurden ebenfalls identifiziert. Im Krankenhausabwasser wurden Faktoren entdeckt, die mit Adhärenz und Bewegung zusammenhängen, was darauf hindeutet, dass die vorhandenen Bakterien nicht nur resistent sind, sondern auch Infektionen verursachen können. Ebenso zeigte das Universitätsabwasser Faktoren, die mit Beweglichkeit und Adhärenz zusammenhängen.

#Bakterielle Taxonomie Klassifikation

Um die Arten von Bakterien im Abwasser zu verstehen, klassifizierten die Forscher sie nach ihren Gruppen. Die Ergebnisse zeigten, dass eine Gruppe namens Gammaproteobacteria an allen Standorten am häufigsten war. Das Krankenhausabwasser enthielt auch andere Gruppen wie Bacteroidota und Bacillota. Jeder Standort hatte seine spezifische bakterielle Zusammensetzung, die auf die Quellen der im Abwasser gefundenen Resistenzgene hinweisen kann.

Die Forscher identifizierten auch bestimmte Bakterien, die mit ernsthaften Gesundheitsrisiken verbunden sind, die als WHO-Prioritätspathogene bekannt sind. Dazu gehören Bakterien wie E. coli und Pseudomonas aeruginosa. Das Vorhandensein dieser Bakterien im Abwasser verstärkt die Sorge über die Verbreitung antimikrobieller Resistenzen, da sie ernsthafte Bedrohungen für die Gesundheit der Menschen darstellen können.

#Die Bedeutung der Abwasserüberwachung

Die Abwasserüberwachung dient als effektives Werkzeug zur Überwachung des Vorhandenseins von antibiotikaresistenten Bakterien und Genen. Diese Studie konzentrierte sich auf die Identifizierung dieser Gene in verschiedenen Abwasserproben und lieferte Einblicke in deren Verbreitung in verschiedenen Hochrisikobereichen wie Krankenhäusern und Universitäten.

Die Ergebnisse zeigten, dass das Krankenhausabwasser besonders reich an Antibiotikaresistenzgenen war, wahrscheinlich aufgrund des hohen Antibiotikaeinsatzes in diesem Umfeld. Das deutet darauf hin, dass Krankenhäuser potenziell signifikante Quellen für antimikrobielle Resistenzen sind, die sich in die Umwelt ausbreiten können. Der Universitätsbereich offenbarte ebenfalls Bedenken hinsichtlich des Missbrauchs von Antibiotika bei Einzelpersonen.

Obwohl der Zufluss und Ablauf der WWTP weniger Resistenzgene enthielten, deutet deren Präsenz dennoch darauf hin, dass die Behandlungsprozesse nicht vollständig effektiv sind, um diese Bedrohungen zu beseitigen. Das unterstreicht die Notwendigkeit verbesserter Abwasserbehandlungsmethoden, um antibiotikaresistente Bakterien zu eliminieren, bevor sie in die Umwelt und die Nahrungsmittelversorgung gelangen können.

Die Identifizierung zentraler Resistenzgene über die verschiedenen Abwasserstandorte hinweg hebt das Potenzial hervor, Muster der Antibiotikaresistenz zu verfolgen. Durch den Fokus auf diese Kern-Genes können Überwachungsbemühungen effektiver gestaltet werden, um AMR zu bewältigen. Zudem kann das Verständnis, wie mobile genetische Elemente eine Rolle bei der Verbreitung von Resistenzen spielen, Einblicke geben, um zukünftige Ausbrüche zu verhindern.

#Fazit

Zusammenfassend hebt die Studie die kritische Notwendigkeit hervor, die Überwachung der Antibiotikaresistenz durch Abwasserüberwachung fortzusetzen. Indem die Anwesenheit von resistenten Bakterien und den Genen, die sie tragen, verfolgt wird, können Gemeinden besser verstehen, wie sich AMR ausbreitet und Schritte unternehmen, um deren Auswirkungen zu mindern. Die Verbesserung der Abwasserbehandlungsprozesse und die Überwachung des Antibiotikaeinsatzes können helfen, die öffentliche Gesundheit zu schützen und die wachsende Bedrohung der antimikrobiellen Resistenzen zu begrenzen.

Während die Antibiotikaresistenz weiterhin Herausforderungen weltweit darstellt, müssen Forscher und Gesundheitsfachkräfte gemeinsam daran arbeiten, dieses Problem anzugehen und die Wirksamkeit verfügbarer Behandlungen zu sichern.