Kontekst badania
Badania opisane w pracy koncentrowały się na analizie obecności bakterii Legionella w ściekach dopływającychw dwóch oczyszczalniach ścieków (OŚ) w Kobe, Japonia. Legionella to bakteria wodna, odpowiedzialna za chorobę legionistów (LD), która w naturalnym środowisku występuje w niskich stężeniach. W Japonii głównym źródłem zakażeń są publiczne kąpieliska, jednak wiele przypadków pozostaje niewyjaśnionych pod względem źródła infekcji. W ostatnich latach wzrosła liczba doniesień o zakażeniach związanych z oczyszczalniami ścieków, szczególnie w sytuacjach awaryjnych, takich jak klęski żywiołowe. W Japonii intensywne opady deszczu i trzęsienia ziemi powodują częste zakłócenia w funkcjonowaniu oczyszczalni, co może zwiększać ryzyko kontaktu z Legionella.
Cele i hipotezy
Celem badania było zbadanie obecności Legionella w ściekach dopływającychdo OŚ w Kobe oraz analiza genetyczna Legionella pneumophila w celu ustalenia różnorodności szczepów. Badacze postawili hipotezę, że ścieki wpływające do OŚ mogą pełnić rolę rezerwuaru bakterii, co w sytuacjach kryzysowych, takich jak awarie oczyszczalni, może stanowić zagrożenie dla zdrowia publicznego.
Metody badawcze
Badanie przeprowadzono w dwóch oczyszczalniach ścieków (WWTP-A i WWTP-B) w Kobe w okresie od kwietnia 2023 do marca 2024. Próbki pobierano dwa razy w miesiącu, a następnie poddawano koncentracji oraz analizom przy użyciu specjalistycznych podłoży hodowlanych i technik molekularnych, takich jak qPCR i typowanie sekwencji genów (SBT). Zidentyfikowane szczepy poddano szczegółowej analizie genetycznej, aby określić ich różnorodność i potencjalną zjadliwość.
Rezultaty badań i ich interpretacja
Badania przeprowadzone w dwóch oczyszczalniach w Kobe (WWTP-A i WWTP-B) wykazały obecność Legionella we wszystkich analizowanych próbkach, w stężeniach mieszczących się w przedziale od 10410^4104 do 10610^6106 kopii na 100 mL. Co istotne, stężenia te były stabilne w różnych porach roku, wskazując na brak wyraźnej sezonowej zmienności w populacjach Legionella w ściekach. Analizy molekularne i hodowlane ujawniły, że spośród dziesięciu wykrytych gatunków Legionella najczęściej występowała Legionella pneumophila. Gatunek ten stanowił 44,4% wszystkich izolatów i był dominującym patogenem zarówno w oczyszczalni WWTP-A, jak i WWTP-B.
Różnice między oczyszczalniami były znaczące. W WWTP-B, gdzie woda deszczowa miesza się z ściekami, odsetek próbek zawierających Legionella wyniósł 37,5%, w porównaniu do 20,8% w WWTP-A, gdzie ścieki i wody deszczowe są przetwarzane oddzielnie. Obserwacja ta sugeruje, że wprowadzenie do systemu ściekowego wód deszczowych, które mogą być zanieczyszczone Legionella obecnymi w glebie lub wodach powierzchniowych, zwiększa prawdopodobieństwo wykrycia bakterii. Ponadto w WWTP-B wykryto więcej gatunków Legionella, co dodatkowo podkreśla różnorodność mikrobiologiczną tej oczyszczalni.
Analiza genetyczna Legionella pneumophila wykazała dużą różnorodność szczepów, w tym cztery nowe typy sekwencji (ST), które wcześniej nie były odnotowane. Znaleziono także genotypy wcześniej związane z zakażeniami u ludzi, co potwierdza, że patogenne szczepy mogą trafiać do systemu ściekowego. Istotnym odkryciem było także to, że różne szczepy L. pneumophila były unikalne dla każdej oczyszczalni, co może wynikać z różnic w lokalnym środowisku lub sposobie zarządzania systemami kanalizacyjnymi.
Uzyskane wyniki podkreślają, że ścieki dopływające do oczyszczalni mogą być ważnym źródłem bakterii Legionella, a ich różnorodność genetyczna może mieć znaczenie epidemiologiczne, zwłaszcza w kontekście potencjalnych klęsk żywiołowych. Pomimo braku udokumentowanych przypadków choroby legionistów związanych z oczyszczalniami w Japonii, badanie wskazuje na możliwość narażenia ludności na bakterie w sytuacjach, gdy infrastruktura oczyszczania ścieków zostaje zakłócona, na przykład podczas powodzi lub trzęsień ziemi.
Ograniczenia zakresu badawczego
Pomimo istotnych wniosków, badanie miało kilka ograniczeń, które należy uwzględnić przy interpretacji wyników. Przede wszystkim badanie przeprowadzono wyłącznie w dwóch oczyszczalniach ścieków w mieście Kobe, co ogranicza możliwość generalizacji wyników na inne regiony Japonii, zwłaszcza że różnorodność środowiskowa oraz struktura systemów kanalizacyjnych mogą się różnić w zależności od lokalizacji.
Metody zastosowane w badaniu, takie jak hodowle na podłożach selektywnych i techniki molekularne, mogły nie uwzględnić pełnej różnorodności Legionella w próbkach. Szczególnie problematyczne jest wykrywanie żywych, ale niezdolnych do wzrostu na standardowych podłożach bakterii, tzw. komórek VBNC (viable but non-culturable). Choć zastosowano techniki wspomagające, takie jak hodowla z wykorzystaniem ameb, nie zaobserwowano wzrostu liczby Legionella po inkubacji z amebami. Sugeruje to, że wybrana metoda mogła nie być wystarczająco skuteczna dla izolacji tych komórek. W przyszłości ulepszenie technik hodowlanych, na przykład poprzez optymalizację warunków inkubacji lub wybór odpowiednich szczepów ameb, mogłoby poprawić wykrywalność bakterii.
Kolejnym ograniczeniem jest brak danych na temat przeżywalności Legionella w środowisku naturalnym po opuszczeniu oczyszczalni. Nie przeprowadzono również badań nad możliwością przenoszenia bakterii w formie aerozoli, co jest istotne w kontekście ryzyka zakażeń drogą oddechową. Dodatkowo nie oceniono wpływu czynników środowiskowych, takich jak temperatura, pH czy obecność innych mikroorganizmów, które mogą wpływać na przeżywalność Legionella w ściekach.
Ostatecznie badanie nie uwzględniało bezpośredniego ryzyka zdrowotnego dla populacji, a brak danych epidemiologicznych o przypadkach LD związanych z oczyszczalniami ogranicza możliwość pełnej oceny zagrożenia. Z tego względu konieczne są dalsze badania, obejmujące zarówno inne regiony Japonii, jak i szersze analizy środowiskowe, aby lepiej zrozumieć dynamikę Legionella w systemach kanalizacyjnych i jej potencjalny wpływ na zdrowie publiczne.
Wnioski
- Potwierdzono obecność Legionella w ściekach dopływających do oczyszczalni. Legionella, w tym patogenne szczepy Legionella pneumophila, występuje w ściekach dopływających w stężeniach od 104 do 106 kolonii na 100 mL, niezależnie od pory roku.
- Legionella pneumophila była najczęściej wykrywanym gatunkiem, a analiza genetyczna wykazała dużą różnorodność szczepów, w tym nowe typy sekwencji (ST), które mogą mieć znaczenie epidemiologiczne.
- Odnotowano różnice pomiędzy oczyszczalniami. W oczyszczalni WWTP-B, gdzie mieszane są ścieki z wodami deszczowymi, wykryto większą różnorodność gatunków Legionella i wyższy odsetek próbek z obecnością bakterii w porównaniu do WWTP-A.
- Zwrócono uwagę na zagrożenie w sytuacjach awaryjnych. Chociaż w Japonii nie odnotowano przypadków choroby legionistów związanych z oczyszczalniami, wyniki sugerują, że w sytuacjach kryzysowych, takich jak klęski żywiołowe, nieoczyszczone ścieki mogą stanowić źródło infekcji.
- Przeprowadzone badania podkreślają konieczność stałego monitorowania ścieków dopływających do OŚ pod kątem obecności Legionella, zwłaszcza w rejonach narażonych na klęski żywiołowe.
- Konieczne są dalsze analizy, obejmujące inne regiony Japonii oraz różne warunki środowiskowe, aby lepiej zrozumieć dynamikę występowania Legionella w systemach kanalizacyjnych i ich potencjalne ryzyko dla zdrowia publicznego.
Artykuł opublikowano w Journal of Water Health