Сточные воды могут стать системой раннего предупреждения о сопротивляемости антибиотикам

Мониторинг сточных вод может быть использован для раннего обнаружения и отслеживания распространения антимикробной резистентности, одной из основных глобальных угроз для здоровья, согласно научному анализу, представленному Генеральным директоратом по окружающей среде Европейской комиссии. Метод позволяет идентифицировать гены, которые придают бактериям резистентность к антибиотикам в образцах сточных вод и может показать, где возникают локальные вспышки, как циркулирует резистентность между сообществами и какие санитарные, социальные и экологические факторы способствуют ее распространению.

Кратко, мониторинг сточных вод, широко используемый для отслеживания COVID-19, может быть расширен для обнаружения генов, связанных с антимикробной резистентностью, и для быстрой идентификации зон с высоким риском. Анализ показывает связи между обилием и разнообразием этих генов и такими факторами, как инфраструктура канализации, доступ к чистой воде, загрязнение антибиотиками и социально-экономические и санитарные условия. Система может быть применена от уровня одного здания до целых городов и может мониторить источники, такие как больницы, фермы, фармацевтические заводы и муниципальные сети канализации. Широкое внедрение требует продвинутого генетического секвенирования, стандартизированного отбора проб, сопоставимого анализа между регионами и четких правил по конфиденциальности и обмену данными. Исследование рекомендует интеграцию мониторинга сточных вод в подход One Health, который рассматривает здоровье людей, животных и экосистем в единой рамке и уже является одним из направлений ЕС в борьбе с антимикробной резистентностью.

Антимикробная резистентность возникает, когда микроорганизмы больше не реагируют эффективно на лекарства, используемые против них. В случае бактерий это может сделать антибиотики менее эффективными или непригодными, превращая излечимые инфекции в медицинские проблемы, которые гораздо труднее контролировать. Анализ, представленный Комиссией, указывает на оценку, согласно которой антимикробная резистентность может быть связана с примерно 1,91 миллиона смертей ежегодно на глобальном уровне к 2050 году.

Одной из основных трудностей в борьбе с этим явлением является то, что появление и распространение резистентности не происходит исключительно в больницах. Бактерии и гены резистентности циркулируют между людьми, животными и окружающей средой через воду, пищу, фермы, отходы, канализацию и различные экономические деятельности, что затрудняет наблюдение за явлением через медицинские системы наблюдения, сосредоточенные только на пациентах.

Мониторинг на основе сточных вод предлагает возможность наблюдать за большей частью этого цикла. Пробы, собранные из канализации, содержат биологический материал от большого числа людей и из различных источников, а генетический анализ может обнаружить гены, которые позволяют микроорганизмам сопротивляться определенным антибиотикам.

Метод стал известен общественности во время пандемии COVID-19, когда анализ сточных вод использовался для обнаружения циркуляции вируса в сообществах до того, как все случаи были диагностированы индивидуально. Исследование теперь утверждает, что та же инфраструктура и опыт могут быть адаптированы для антимикробной резистентности, хотя генетическая проблема более сложна, чем отслеживание одного вируса.

Вместо обнаружения конкретного патогена, мониторинг антимикробной резистентности предполагает идентификацию очень большого числа генов и комбинаций, в которых они появляются. Гены резистентности к антибиотикам могут циркулировать между различными микроорганизмами и могут передаваться новым генетическим хозяевам, что усложняет оценку риска и интерпретацию результатов.

Анализ, цитируемый DG Environment, идентифицирует 49 генов резистентности, которые были обнаружены многократно в различных средах и в различных географических регионах. Их широкое присутствие предполагает как возможность устойчивого местного циркуляции, так и способность к международному распространению.

Распределение этих генов неравномерно. Проанализированные исследования показывают сильные ассоциации между количеством и разнообразием генов резистентности и социально-экономическими, санитарными и экологическими условиями сообществ. Инфраструктура канализации, доступ к чистой воде, качество медицинских услуг и уровень загрязнения антибиотиками могут влиять на профиль резистентности, выявленный в сточных водах.

Мониторинг может таким образом стать более чем инструментом для измерения существующей проблемы. Повторное и стандартизированное использование проб может позволить выявление изменений во времени и обнаружение появления новых генов или быстрого роста уже известных форм резистентности.

Такой сигнал может быть использован для местных вмешательств. В регионе, где выявлена необычно высокая концентрация определенной формы резистентности, санитарные власти могут расследовать источник, а информация может способствовать принятию решений о назначении антибиотиков или мерам по ограничению распространения.

Мониторинг может проводиться на очень разных масштабах. Одна проба может представлять собой одно здание, больницу, ферму, промышленное предприятие, район или целый город, в зависимости от точки в сети канализации, где она собирается.

Эта гибкость также позволяет различать источники. Сточные воды из больницы могут отражать интенсивное использование антибиотиков и циркуляцию связанных с медициной резистентных микроорганизмов, в то время как пробы из ферм могут показывать другие генетические профили, влияющие на использование антимикробных средств в ветеринарии.

Фармацевтические предприятия представляют собой еще один возможный источник. Выброс антибиотиков или их остатков в воду может создать селективное давление на микроорганизмы в окружающей среде и способствовать развитию и поддержанию резистентности, что делает мониторинг загрязнения актуальным для той же проблемы здоровья.

Эта связь объясняет, почему антимикробная резистентность рассматривается в подходе One Health. Концепция исходит из того, что здоровье людей, животных и экосистем не может быть управляемо отдельно, когда одни и те же биологические агенты и одни и те же экологические давления циркулируют между этими областями.

Для ЕС One Health представляет собой рамку, в которой политики в области общественного здоровья, ветеринарии, сельского хозяйства и охраны окружающей среды могут быть скоординированы. Мониторинг сточных вод позволит связать эти области через общий набор данных о том, как резистентность перемещается между источниками и сообществами.

Анализ считает метод особенно актуальным в регионах с недостаточной санитарной инфраструктурой, высокими уровнями загрязнения антибиотиками и ограниченным доступом к медицинским услугам. Именно в этих регионах внедрение является наиболее сложным, поскольку отсутствие централизованных систем канализации делает сбор репрезентативных проб гораздо более сложным.

Это противоречие может усугубить глобальные различия в мониторинге антимикробной резистентности. Сообщества с наибольшими рисками воздействия могут одновременно быть теми, для которых существует наименьшее количество данных и самая низкая техническая способность для мониторинга.

Проблема также имеет измерение экологической справедливости. Популяции, не имеющие адекватного доступа к канализации и чистой воде, более подвержены контакту с загрязненной водой, которая может содержать бактерии и гены резистентности, и многие из этих сообществ более уязвимы к наводнениям, экстремальным температурам и другим последствиям изменения климата.

Такие события могут изменить циркуляцию микроорганизмов. Наводнения могут смешивать сточные воды с источниками воды и обитаемой средой, а высокие температуры могут влиять на выживаемость микроорганизмов и генетические обмены, еще больше усложняя контроль резистентности.

Преобразование мониторинга сточных вод в операционную систему требует, однако, больше, чем периодического сбора проб. Генетический анализ должен идентифицировать гены резистентности, приоритетные патогены и генетическое разнообразие, присутствующее в каждой пробе, а результаты должны быть сопоставлены с данными из других регионов и с медицинской, сельскохозяйственной и экологической информацией.

Одним из важных технических препятствий является установление микроорганизма, который несет определенный ген резистентности. Обнаружение гена в сточных водах не показывает автоматически, какой бактериальный вид его носит или какова вероятность того, что он вызовет инфекцию у человека, что ограничивает точность оценки риска.

Стандартизация является другой проблемой. Результаты, полученные из двух городов, не могут быть надежно сопоставлены, если пробы собраны по-разному, используют разные технологии секвенирования или анализируются несовместимыми методами.

Автор исследования рекомендует, по этой причине, общие международные стандарты для отбора проб, обработки биологического материала, генетического секвенирования и интерпретации данных. Глобальная система также потребует долгосрочных инвестиций, поскольку мониторинг должен поддерживаться достаточно долго, чтобы можно было наблюдать за эволюциями и генетическими изменениями.

Возникают также проблемы с защитой данных. Проба из большой муниципальной системы представляет собой достаточно большую популяцию, чтобы индивидуальная идентификация была сложной, но пробы, полученные из очень маленьких зданий или сообществ, могут содержать информацию, которая, при определенных условиях, позволяет вывести чувствительные данные.

Исследование рекомендует разработку правил по конфиденциальности, согласия, управления данными и тому, как результаты сообщаются общественности. Эти стандарты необходимы, чтобы избежать ситуаций, в которых мониторинг больницы, сообщества или региона приводит к стигматизации или позволяет косвенно идентифицировать отдельных лиц.

Генетические данные также должны быть преобразованы в информацию, полезную для властей. Обнаружение тысяч последовательностей не приводит автоматически к решению в области общественного здоровья, и анализ подчеркивает необходимость систем, которые объединяют данные об окружающей среде с клинической, сельскохозяйственной и фармацевтической информацией.

Такая система могла бы позволить идентифицировать связь между увеличением определенного гена резистентности в сточных водах и изменениями в назначении антибиотиков, деятельностью больницы, сельскохозяйственными практиками или загрязнением от промышленного предприятия.

Предложенные приоритеты включают финансирование, посвященное мониторингу, пилотные программы в регионах с ограниченными ресурсами, международные стандарты для методологии и инвестиции в технологии, которые делают генетический анализ более доступным и проще применимым в различных системах канализации.

Конечная цель состоит в том, чтобы мониторинг мог функционировать как система раннего предупреждения. Идентификация нового гена в регионе или наблюдение за его передачей другим микроорганизмам может позволить вмешательства до того, как эта форма резистентности станет распространенной в инфекциях у человека.

Анализ не утверждает, что мониторинг сточных вод может заменить клиническое тестирование, наблюдение в больницах или контроль за использованием антибиотиков. Он предлагает интеграцию метода в более широкую систему, в которой информация из окружающей среды дополняет данные, полученные от людей и животных.

Результаты, представленные DG Environment, основаны на перспективной статье и анализе научной литературы, проведенном исследователем Хосе Луисом Бальсасаром. Материал не представляет собой новую политику, принятую Европейской комиссией, и не объявляет о создании обязательной европейской системы мониторинга сточных вод для антимикробной резистентности.

Комиссия также уточняет, что материал резюмирует одно исследование и что мнения и выводы независимого исследования не обязательно представляют институциональную позицию Европейской комиссии. Другие исследования могут прийти к другим выводам.

Антимикробная резистентность снижает эффективность антибиотиков и других лекарств, используемых против микроорганизмов, и является одним из приоритетов Европы в области One Health. Подход направлен на координацию здоровья человека и ветеринарии с сельским хозяйством и охраной экосистем, поскольку использование и распространение антимикробных средств не могут быть ограничены одним сектором.

Мониторинг сточных вод был значительно расширен во время пандемии COVID-19, когда анализ сточных вод позволил выявить тенденции циркуляции вируса на уровне сообществ. Исследование теперь предлагает использовать ту же логику для генов резистентности к антибиотикам, но с более сложными генетическими и аналитическими инструментами.

Интеграция такой системы в долгосрочные стратегии потребует международной координации, общих стандартов и устойчивых инвестиций. Ожидаемым преимуществом будет обнаружение возникающей резистентности до того, как новые гены начнут распространяться на другие микроорганизмы, регионы и популяции и станут проблемой, которую трудно контролировать в клинической практике.