Kontekst badania
Artykuł dotyczy problemu narastającej oporności bakterii na karbapenemy – antybiotyki stosowane często jako leki „ostatniej szansy” w leczeniu ciężkich zakażeń szpitalnych. Szczególną uwagę poświęcono dwóm patogenom o bardzo wysokim znaczeniu klinicznym: Acinetobacter baumannii oraz Pseudomonas aeruginosa, które według WHO należą do najgroźniejszych bakterii wielolekoopornych. Autorzy podkreślają, że ścieki szpitalne stanowią istotny rezerwuar bakterii opornych na antybiotyki oraz genów oporności, które mogą być dalej przenoszone do środowiska wodnego i infrastruktury kanalizacyjnej.
W Polsce ścieki szpitalne najczęściej trafiają bez wcześniejszej dezynfekcji do miejskich systemów kanalizacyjnych i oczyszczalni ścieków, co zwiększa ryzyko rozprzestrzeniania się oporności na antybiotyki. Autorzy wskazują, że dotychczas brakowało ogólnokrajowych badań dotyczących obecności bakterii karbapenemoodpornych w ściekach szpitalnych. Badanie miało więc charakter pionierski i objęło wszystkie 16 województw w Polsce.
Cele i hipotezy
Głównym celem pracy było określenie częstości występowania bakterii opornych na karbapenemy w ściekach szpitalnych odprowadzanych do miejskich systemów kanalizacyjnych i oczyszczalni ścieków. Szczególny nacisk położono na identyfikację szczepów Acinetobacter baumannii i Pseudomonas aeruginosa oraz analizę genów oporności związanych z karbapenemami.
Autorzy zakładali, że:
- ścieki szpitalne stanowią ważny rezerwuar bakterii karbapenemoodpornych i genów oporności,
- częstość występowania tych bakterii zależy od regionu kraju i sezonu poboru próbek,
- skład fizykochemiczny ścieków oraz obecność antybiotyków wpływają na liczebność bakterii opornych,
- w ściekach występują zarówno szczepy genetycznie spokrewnione, jak i bardzo zróżnicowane genotypowo, co może świadczyć o złożonych drogach transmisji oporności.
Metody badawcze
Badania przeprowadzono w 2024 roku w 64 szpitalach rozmieszczonych we wszystkich województwach Polski. Próbki ścieków pobierano dwukrotnie – zimą i latem – uzyskując łącznie 128 próbek. Ścieki pobierano z końcowych punktów instalacji kanalizacyjnej szpitali, przed ich odprowadzeniem do kanalizacji miejskiej.
W analizach zastosowano:
- oznaczanie stężeń karbapenemów (m.in. meropenemu, cilastatyny/imipenemu i waborbaktamu) metodą chromatografii cieczowej sprzężonej ze spektrometrią mas (LC-MS/MS),
- ocenę parametrów fizykochemicznych ścieków, takich jak TOC, azot całkowity, azot amonowy, pH oraz zawartość jonów,
- izolację bakterii karbapenemoodpornych na selektywnych podłożach mikrobiologicznych,
- identyfikację szczepów metodą PCR,
- analizę podobieństwa genetycznego szczepów metodą ERIC-PCR,
- identyfikację genów oporności na antybiotyki, w tym genów karbapenemaz i β-laktamaz.
Do analizy statystycznej wykorzystano m.in. testy Kruskala-Wallisa, Friedmana, analizę korelacji Spearmana oraz analizę głównych składowych (PCA).
Rezultaty badań i ich interpretacja
Badania wykazały, że bakterie karbapenemoodporne były obecne we wszystkich analizowanych regionach Polski. Dominującym patogenem okazał się Pseudomonas aeruginosa, natomiast Acinetobacter baumannii występował rzadziej, ale cechował się większym zróżnicowaniem genetycznym.
Zaobserwowano wyraźne różnice sezonowe. Latem liczebność bakterii karbapenemoodpornych była istotnie wyższa niż zimą. Dotyczyło to zarówno wszystkich kolonii opornych, jak i kolonii potencjalnie należących do A. baumannii i P. aeruginosa.
Analizy genetyczne wykazały obecność licznych genów oporności, w tym: blaNDM, blaVIM, blaOXA, blaCTX, blaTEM.
Szczególnie częste były geny kodujące metalo-β-laktamazy, odpowiedzialne za wysoką oporność na karbapenemy. W wielu szczepach wykryto jednocześnie kilka genów oporności, co wskazuje na obecność bakterii wielolekoopornych.
Analiza ERIC-PCR ujawniła zarówno obecność szczepów bardzo podobnych genetycznie, jak i szczepów wyraźnie odmiennych. Autorzy interpretują to jako dowód na wielokierunkowe źródła emisji bakterii opornych do środowiska oraz dynamiczną wymianę materiału genetycznego między mikroorganizmami.
Stwierdzono również istotne zależności między liczbą bakterii opornych a: zawartością azotu całkowitego, zawartością materii organicznej, stężeniem niektórych antybiotyków w ściekach, wielkością szpitala i ilością odprowadzanych ścieków.
Analiza PCA wskazała, że wysoka zawartość związków organicznych i biogenów oraz obecność antybiotyków w ściekach sprzyjają utrzymywaniu się i selekcji bakterii opornych.
Wnioski
Autorzy stwierdzili, że ścieki szpitalne są istotnym źródłem rozprzestrzeniania bakterii karbapenemoodpornych oraz genów oporności w środowisku. Badania potwierdziły, że zarówno Pseudomonas aeruginosa, jak i Acinetobacter baumannii mogą być skutecznie przenoszone wraz ze ściekami do systemów kanalizacyjnych i oczyszczalni ścieków.
Wyniki wskazują na konieczność: wdrożenia systematycznego monitoringu ścieków szpitalnych, rozwijania skuteczniejszych metod dezynfekcji i oczyszczania ścieków, uwzględniania ścieków szpitalnych w strategiach przeciwdziałania antybiotykooporności zgodnych z podejściem „One Health”.
Autorzy podkreślają również, że klasyczne oczyszczanie ścieków może być niewystarczające do eliminacji genów oporności oraz bakterii wielolekoopornych.
Ograniczenia zakresu badawczego
Pomimo bardzo szerokiego zakresu badań autorzy wskazują kilka ograniczeń pracy. Analizy obejmowały jedynie dwa sezony poboru próbek – zimę i lato – co nie pozwala na pełną ocenę zmian wieloletnich. Badanie koncentrowało się głównie na dwóch gatunkach bakterii, mimo że ścieki szpitalne zawierają znacznie bardziej złożoną mikrobiotę.
Ograniczeniem była również niestabilność imipenemu w próbkach ścieków, co uniemożliwiło pełną walidację metody oznaczania tego antybiotyku.
Ponadto badania miały charakter obserwacyjny, dlatego nie pozwalają jednoznacznie określić mechanizmów przyczynowo-skutkowych odpowiedzialnych za rozwój oporności. Autorzy sugerują potrzebę dalszych badań obejmujących dłuższy monitoring czasowy, analizy metagenomiczne oraz ocenę skuteczności różnych technologii dezynfekcji ścieków.
Artykuł dostępny na stronie czasopisma Journal of Environmental Management