Помёт животных и осадки сточных вод иногда добавляют в почву для улучшения роста растений. Однако эти «природные удобрения» могут содержать не только питательные вещества и органическую материю, но и бактерицидные компоненты.
Антибиотики могут попадать в окружающую среду разными путями, в том числе через городские сточные воды. Несмотря на то, что сточная вода проходит несколько этапов очистки, некоторые остаточные компоненты антибиотиков нельзя устранить при помощи традиционных методов обработки сточных вод.
Гены, которые позволяют бактериям выживать при контакте с антибиотиками (гены устойчивости), обнаруживаются на всех этапах процесса переработки городских сточных вод. В результате гены попадают в осадки сточных вод – органический материал, остающийся после обработки стоков. Такие осадки богаты питательными веществами и органикой и потому их добавляют в почву в качестве удобрений. Помимо пользы для сельского хозяйства, такая методика представляет собой эффективный способ утилизации отходов водоочистных станций.
Помёт также часто используется в качестве дешёвого и эффективного удобрения. Однако помёт может содержать остатки антибиотиков, потому что антибиотики широко применяются в сельском хозяйстве. Ряд исследований показывает, что применение помёта стимулирует распространение устойчивости к антибиотикам среди почвенных микробов. В частности, это является серьёзной проблемой для Китая, где в 2010 году в сельском хозяйстве было использовано 15 тысяч тонн антибиотиков (согласно прогнозам, это число может удвоиться к 2030 году).
Почвоулучшители представляют собой одну из причин появления бактерий, устойчивых к антибиотикам, в сельскохозяйственных землях. Косвенным образом это может привести к развитию у людей и животных неизлечимых заболеваний. Однако их точное влияние на пахотные земли ещё недостаточно изучено, а большинство исследований не имеют под собой лабораторно подтвержденных оснований.
Для получения данных, соотносимых с реальными условиями, это исследование было проведено сотрудниками трёх исследовательских институтов Китая в полевых условиях. Учёные удобряли почвы садов в Китае различными дозами и сочетаниями осадков сточных вод (от 4,5 до 36 тонн на гектар), куриного помета (10 тонн на гектар) и химических добавок (мочевины, сульфата калия и суперфосфата, которые не содержат антибиотиков или их компонентов). Всего использовалось восемь различных типов удобрений. После 10 месяцев работы были собраны 24 образца почв.
Используя метод количественного анализа ДНК, учёные оценили влияние различных добавок на почвы и обнаружили, что осадки сточных вод и куриный помёт привели к увеличению количества генов устойчивости к антибиотикам у почвенных микроорганизмов. В контрольном образце почвы встречалось около 40 таких генов, и такое же количество было обнаружено в почве, обработанной химическими удобрениями. Удобрение почвы куриным пометом (10 тонн на гектар) и осадками сточных вод (36 тонн на гектар) увеличило количество генов устойчивости более чем в два раза – примерно до 100.
Исследователи также выяснили, что действие удобрений усиливалось при увеличении их объёма. Это заставило их предположить, что 4,5 тонны осадков сточных вод на гектар почвы может считаться безопасным уровнем, так как при нём количество генов устойчивости к антибиотикам не повышалось. Однако для того, чтобы подтвердить это, потребуются дополнительные исследования в области здравоохранения и влияния на окружающую среду.
Всего авторы работы выявили 130 уникальных генов, отвечающих за устойчивость микроорганизмов к определённым типам антибиотиков, включая бета-лактамные антибиотики и тетрациклины. Некоторые гены обеспечивают своим носителям устойчивость к нескольким разным видам лекарств одновременно. Максимальное количество генов устойчивости было обнаружено в почвах, обработанных осадками сточных вод (36 тонн на гектар).
Применение удобрений также изменило состав микроорганизмов, населяющих почву, что было выявлено в результате сегментирования их ДНК. Исследователи указывают на увеличение количества представителей пяти групп бактерий, которые известны своей устойчивостью к антибиотикам. Например, популяции Chloroflexi и Planctomycetes росли при обработке почвы куриным помётом, а Firmicutes и Gemmatimonadetes – при использовании осадков сточных вод (в контцентрации36 тонн на гектар).
Чтобы оценить опасность этих бактерий, исследователи сравнили результаты своей работы с базой данных факторов вирулентности, в которой хранится информация обо всех болезнетворных бактериях. Эта база была создана той же группой учёных в 2005 году. В базе обнаружилось 34 патогенных бактерии, выявленных в образцах почв. Две из них представляют угрозу для человека: Mycobacterium tuberculosis вызывает туберкулез, а Pseudomonas aeruginosa является распространённой причиной возникновения больничных инфекций.
Наконец, учёные применили метод сетевого анализа, чтобы определить «гены-индикаторы», позволяющие проводить быструю оценку образцов. Они выбрали три гена в качестве показателей устойчивости к антибиотикам. Такие гены впоследствии будут использоваться как инструменты для быстрого определения уровня устойчивости почвенных микроорганизмов в образцах.
В целом, результаты исследования указывают на то, что долговременное (в данном случае, десятимесячное) использование осадков сточных вод и помёта животных приводит к изменениям в сообществах микроорганизмов и увеличивает количество форм, устойчивых к антибиотикам. Исследователи говорят, что для снижения риска необходимо принимать более эффективные меры для очистки удобрений от компонентов антибиотиков перед их применением. Результаты исследования могут оказаться важны для изменения технологий пользования земельными ресурсами, а также для принятия законов об утилизации сточных вод и твёрдых биологических отходов в Европе и по всему миру.
Несмотря на то, что Китай, в котором и проводилось исследование, производит и потребляет больше антибиотиков, чем любая другая страна мира, они также активно используются в сельском хозяйстве в Европейском союзе, несмотря на запрет на их применение в немедицинских целях (например, в качестве ускорителей роста). Например, в Германии только в 2011 году в животноводстве было использовано 1 734 тонны антимикробных средств (то есть, почти в два раза больше, чем в медицине). Данное исследование ещё раз подтверждает важность ограниченного использования антибиотиков в сельском хозяйстве и указывает на риски, связанные с применением помёта животных в качестве удобрения.
Результаты исследования особенно важны для области обработки и применения осадков сточных вод. Их использование регулируется Директивой 86/278/ЕЕС. Директива 91/271/ЕЕС описывает переработку осадка и указывает на то, что он должен применяться «при необходимости». Кроме того, в ней подчёркивается необходимость «обеспечить защиту окружающей среды от негативных последствий сброса сточных вод». Соответственно, на текущем уровне развития технологий повторное использование осадков сточных вод не поддерживается напрямую, а в том случае, если это всё-таки происходит, приоритетом является безопасность окружающей среды, включая сельское хозяйство.
Примечание: Данный текст является переводом данного исследования. Дата доступа: 3.10.2016 г.
Комментарий специалиста
Наталья Блыщик, руководительница Общественного информационного центра по вопросам химической безопасности и отходов Центра экологических решений:
— В Беларуси основная масса отходов животноводства (навоза) используется на полях в качестве удобрений. И навоз на сегодня — один из крупнейших источников загрязнения поверхностных и подземных вод нитратами. Если об этой проблеме хорошо известно, то миграция лекарственных средств, устойчивых в окружающей среде, к которым относятся и антибиотики, невидимая, но уже ощутимая угроза.
По данным белорусских исследований, в городских сточных водах и осадках Беларуси обнаружены такие антибактериальные препараты как ципрофлоксацин, левофлоксацин. Первый был обнаружен и в одном из проверяемых водохранилищ.
Применение ветеринарных препаратов в нашей стране регулируется ветеринарно-санитарными правилами применения, реализации и хранения ветеринарных препаратов. Антибиотики используются как лекарственное средство для целенаправленного лечения животных, так и в составе корма. В июне 2015 года Департамент ветеринарного и продовольственного надзора принял указание, запрещающее использовать для лечения и профилактики продуктивных животных ряд ветеринарных препаратов, в которых содержатся антибиотики. В частности, запрещается применять к продуктивным животным, молоко которых используется в пищу людям, дифлоксацин, оксолиниевую кислоту, тулатромицин, флорфеникол, доксициклин и другие. Это связано, прежде всего, с желанием предотвратить их попадание в готовую мясо-молочную продукцию. Масштабы же попадания антибиотиков в окружающую среду оценить практически невозможно, так как нет официальной статистики применения ветеринарных препаратов.
Опытные животноводы давно заметили проблему антимикробной резистентности, которая приводит в том числе к экономическим издержкам и неэффективности лечения. На рынке предлагают альтернативные кормовые добавки — пробиотики и пребиотики, органические кислоты и эфирные масла, которые стимулируют работу кишечника животных и птицы, повышают их иммунитет и обеспечивают бактериальный баланс, тем самым, значительно уменьшая необходимость использования антибиотоков.