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污水廠成抗藥性基因製造熱點 致抗藥惡菌更快傳播

2019/3/7 — 12:56

抗生素抗藥性問題是現今其中一個主要公共衛生威脅,每年殺死數以萬計人。最新刊於 Environmental Science & Technology 的研究更發現,經污水廠處理過的污水含有抗藥性 DNA ,長遠會令抗藥性惡菌加快傳播,研究亦顯示即使污水中含低濃度單一類型抗生素,也會導致細菌對多類抗生素產生抗藥性。

領導研究的南加州大學土木及環境工程學系副教授 Adam Smith 指,我們很快就會進入後抗生素 (post-antibiotic) 時代這個恐怖世界,屆時我們將也無法以抗生素治癒普通感染,因為細菌已演化出對抗生素的抵抗能力。更不幸的是,污水處理系統成為細菌增加抗藥性的熱點。

我們服用的抗生素有一大部份都會在體內代謝,但亦有少部份通過我們的糞便與尿液進入污水系統。而在污水處理廠中,其中一個常用處理污水方法是使用膜生物反應器 (membrane bioreactor),過濾污水之外,也有細菌將生物分解廢物。

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在消耗有機廢物時,這些細菌會遇到抗生素,並會逐步演化出抗藥性基因並傳到後化,同時細菌也會通過水平基因轉移 (horizontal gene transfer) 將這些新演化基因,傳到附近其他細菌。

隨著細菌進食、繁殖與生長,會累積更多生物質 (biomass) 。典型的廢水處理廠每天都會生產大量生物質,而這些生物質經處理後,會送往堆填區,或用作農作物的肥料。

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在一些特殊情況下,少量帶抗藥性基因細菌和於污水自由浮動的 DNA ,有機會無被過濾膜濾出,並以不同方式離開處理廠。在洛杉磯,部份經處理污水會被傾倒入洛杉磯河和太平洋,其餘則被用於灌溉、洗車、消防或補充地下水源,即飲用水來源。

團隊認為,污水廠的抗藥性細菌數量,可透過一些設施上的改動減少,例如使用厭氧或無氧處理過程,而不是用有氧細菌等。過去亦已有研究顯示,無氧處理過程除菌量亦較高。

研究中,團隊使用小規模厭氧膜生物反應器,對比生物質與處理過的污水中,抗藥性細菌的數量,當中也會以不同抗生素濃度與類型進行比較。

團隊最終有兩個關鍵發現:生物質和經處理污水的抗藥性是不同的,因此各自的數據不能準確另一種污水產物的抗藥性;至於添加的抗生素和抗藥性基因之間的關聯性亦不明確。

事實上,研究結果表明多重抗藥性,源於細菌有對多類抗生素產生抗藥性基因,情況更是無論只有一種抗生素,還是污水中只有非常低濃度的抗生素,都可能會導致大量多重抗藥性細菌出現。

團隊相信細菌質體 (Plasmid) 與多重抗藥性有關。質體是細胞染色體或細胞核 DNA 之外,能夠自主複製DNA 的分子。一個質體更可攜帶幾種不同類型抗藥性基因,使抗藥性問題進一步複雜化。另外,由於質體體積非常小,比細菌小 1,000 倍,所以可以很容易通過過濾系統並排出污水廠外。

團隊現正與美國農業部合作,密切監察各水體,以及污水廠產物的去向與成份。

來源:
Phys.org, Antibiotic resistance is spreading from wastewater treatment plants, 6 March 2019

報告:
Zarei-Baygi, A., Harb, M., Wang, P. & et al. (2019). Evaluating Antibiotic Resistance Gene Correlations with Antibiotic Exposure Conditions in Anaerobic Membrane Bioreactors. Environ. Sci. Technol., Just Accepted Manuscript. DOI: 10.1021/acs.est.9b00798

文/Alan Chiu 、審核/Edward Ho

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