Ученые Института экологии и природопользования Казанского федерального университета исследуют проблему генной устойчивости микроорганизмов к антибиотикам. Они предлагают использовать методы пиролиза и компостирования.
Проблема устойчивости к антибиотикам была обнаружена при исследовании феномена внутрибольничных инфекций: патогенные микроорганизмы приобрели возможность бороться с антибиотиками при помощи разных механизмов. Больные, приобретая в своей микрофлоре такие микроорганизмы, перестали реагировать на терапию. Кодируют такую устойчивость специфические гены, которые расположены в плазмидах бактерий. В мире постоянно выпускают новые антибиотики, и на каждый новый выпускаемый антибиотик микроорганизмы вырабатывают новый механизм устойчивости. Причем происходит это очень быстро: как правило, менее чем через год ученые уже обнаруживают кодирующие такую устойчивость гены.
На сегодняшний день доказано, что устойчивость к антибиотикам – проблема не только медицинская. В животноводстве антибиотиков используется еще больше, вместе с навозом и пометом животных и птиц антибиотики и микроорганизмы, обладающие устойчивостью к ним, в огромных количествах попадают в окружающую среду. В Институте экологии и природопользования реализуется большое исследовательское направление, связанное с попаданием и распространением в окружающей среде антибиотиков и генов устойчивости к ним.
«Эта проблема связана не только с человеком, его полезной и патогенной микрофлорой, но и с микроорганизмами в окружающей среде. Последние могут обладать устойчивостью к антибиотикам, сохранять ее, передавать. В результате устойчивыми к антибиотикам могут становиться целые поля и даже регионы. Это ведет к невозможности бороться с бактериальными инфекциями растений с использованием антибиотиков. Существуют и другие последствия: эти микроорганизмы могут попадать в продукты питания и, соответственно, в организм человека», – отмечает главный научный сотрудник учебно-научной лаборатории «Центр агро- и экобиотехнологий» ИЭиП, доктор биологических наук Полина Галицкая.
Организмы с устойчивостью к антибиотикам в окружающую среду попадают от животных. По словам П.Галицкой, антибиотики в животноводстве используются не только для лечения и профилактики заболеваний, но и для стимуляции набора веса. В результате зачастую микроорганизмы в кишечнике животных обладают устойчивостью к целому ряду антибиотиков.
«Передавать гены устойчивости бактерии способны не только в рамках вертикального трансфера (от материнской клетки к дочерней), но и в рамках горизонтального трансфера (от одной бактерии к другой, в том числе относящейся к другому виду). Процесс такой передачи может усиливаться при стрессовых воздействиях на микроорганизмы. Например, если в почву попадают тяжелые металлы. Для предотвращения этого процесса нужно начать с его источника. Если сельскохозяйственные животные перестанут получать антибиотики, микрофлора их кишечников не будет содержать ген устойчивости к ним. Естественно, и сами антибиотики не попадут в навозы и пометы. Однако, к сожалению, пока полностью прекратить использование антибиотиков в сельском хозяйстве невозможно. Приходится искать другие пути», – говорит доктор наук.
Ученые КФУ занимаются изучением попадания и распространения генов устойчивости в окружающей среде и пытаются найти способы предотвращения этого процесса. Сегодня полностью предотвратить эту проблему невозможно. Но можно значительно снизить масштабы этих процессов. Так, ученые не рекомендуют использовать необработанные свежие навозы в качестве удобрения. Необходимо их перерабатывать способами, которые включают термическую обработку – термофильную фазу при компостировании или пиролиз.
«Мы предлагаем переработку навозов и пометов методом пиролиза. Пиролиз – это высокотемпературное, бескислородное разложение биомассы до пироугля. В этом процессе микроорганизмы не выживают, но при этом углерод, азот, фосфор и калий остаются, т.е. они остаются в пироугле, что делает его идеальным удобрением. Менее кардинальный способ – компостирование – природный процесс, разложение органического вещества до простых составляющих, а потом синтез нового гумусоподобного органического вещества. Управление процессом компостирования таким образом, чтобы снизить число генов устойчивости в конечном продукте, является нашей научной задачей», – отмечает П.Галицкая.
В процессе компостирования устойчивость к антибиотикам существует и путешествует с бактериями. От степени выживаемости, стресса этих бактерий зависит то, сколько генов устойчивости к антибиотикам будет в конечном компосте. Существуют методы, которые позволяют снизить количество этих генов устойчивости к антибиотикам. Например, саморазогрев компоста снижает количество генной устойчивости к антибиотикам в финальном продукте. Некоторые добавки к компостным смесям позволяют элиминировать те бактериальные виды, которые являются носителями генов устойчивости.
Ученые КФУ также исследуют попадание микроорганизмов с устойчивостью к антибиотикам внутрь самого растения. Оказывается, если такие микроорганизмы попадают в семена, то в следующем поколении растений они тоже будут присутствовать и передадутся в почву.
Исследованиями проблем распространения устойчивости к антибиотикам ученые КФУ занимаются в течение 7 лет. На основе полученных результатов защищены кандидатская и докторская диссертации, опубликован ряд статей. Исследования поддержаны двумя грантами РФФИ, в настоящее время подана заявка на финансирование Фондом Kone (Финляндия) в коллаборации с коллегами из Финляндии.