Metagenomiczny profil genów antybiotykooporności i genetycznych elementów mobilnych w ściekach komunalnej oczyszczalni ścieków

W ostatnich latach, obecność antybiotyków, bakterii opornych na antybiotyki oraz genów antybiotykooporności stwierdzono prawie we wszystkich środowiskach i są one postrzegane jako główne ich zanieczyszczenia. Przez wiele lat, badania antybiotykooporności koncentrowały się głównie na badaniach hodowlanych i organizmach wskaźnikowych. Jak wiadomo, metodami hodowlanymi nie można zidentyfikować większości mikroorganizmów. Ponadto wciąż mało jest informacji na temat rozprzestrzeniania się genów antybiotykooporności i bakterii opornych na antybiotyki w różnych środowiskach.

Systemy oczyszczania ścieków (szpitalnych, z przemysłu farmaceutycznego, a także ścieków bytowo-gospodarczych i komunalnych) są postrzegane jako główne emitory nie tylko antybiotyków, ale również opornych na nie mikroorganizmów oraz genów warunkujących oporność. Oczyszczalnie ścieków uważane są za rezerwuary determinantów oporności. Ścieki oczyszczone, które dotychczas postrzegane były jako bezpieczne dla środowiska naturalnego, zawierają duży ładunek determinantów antybiotykooporności. Nieefektywne usuwanie determinantów antybiotykooporności stanowi poważny i niezauważalny „gołym okiem” (w przeciwieństwie np. do zawiesin czy powodujących eutrofizację zbiorników wodnych pierwiastków biogennych) problem środowiskowy i zdrowotny.

Co więcej, po przedostaniu się ścieków zawierających antybiotykooporne szczepy oraz geny warunkujące oporność, rolę rezerwuaru oporności mogą przejąć i przejmują szczepy środowiskowe, które nabywają cechy wirulencji, w konsekwencji stając się zarazem oporne i chorobotwórcze. Rozważając niewątpliwą kwestię zagrożenia zdrowotnego, jaką stanowi antybiotykooporność i jej rozprzestrzenianie w oczyszczalniach ścieków, obecny projekt wpisuje się we współczesny trend badań związanych ze zrozumieniem współwystępowania genów oporności antybiotykowej i elementów mobilnych wśród środowiskowych mikrobiomów. Projekt ten zawiera badania oparte na analizie metagenomicznej jako nowoczesnej metodzie mikrobiologicznej, wyjaśniającej różnorodności i rozprzestrzenianie się oporności antybiotykowej w obrębie oczyszczalni ścieków jako głównych emitorów tego typu zanieczyszczeń i ich odbiorników (wód powierzchniowych).

W projekcie, planuje się badanie występowania różnorodności genów oporności (ARGsantibiotic resistance genes) na takie antybiotyki jak aminoglikozydy, β-laktamy, chinolony i genów ruchomych elementów (MGEs – mobile genetic elements), głównie genów integrazy (genów intI1, intI2, intI3) na podstawie profilu metagenomicznego. Przedmiotem badań będą ścieki pochodzące z dwóch komunalnych oczyszczalni ścieków oraz wód powierzchniowych – odbiorników ścieków oczyszczonych. Większość genów antybiotykooporności jest zlokalizowana w obrębie DNA mobilnych elementów genetycznych, do których zaliczamy, m.in. transpozony, integrony i plazmidy. Mobilne determinanty oporności mogą przemieszczać się w obrębie genomu albo pomiędzy genomami różnych prokariotów. MGEs obecne w genomie danej bakterii określane są jako mobilom.

Naukowym celem projektu jest zbadanie i wyjaśnienie współwystępowania genów oporności antybiotykowej i genów elementów mobilnych, głównie genów integrazy (geny intI1, intI2, intI3) w ściekach i wodach odbiorników stosując technikę metagenomiki. Podstawowe badania naukowe zaplanowane w projekcie dostarczą nowej wiedzy na temat rozprzestrzeniania się genów antybiotykooporności i elementów mobilnych – integronów. Analiza metagenomiczna umożliwi wykrycie badanych genów w zespołach mikroorganizmów w ściekach pochodzących z dwóch oczyszczalni ścieków oraz w ich odbiornikach. W ramach badań zostanie ustalona zależność pomiędzy genami antybiotykooporności i genami intI1, intI2, intI3. W trakcie realizacji projektu, szczególnie istotne będzie określenie w jaki sposób geny antybiotykooporności i elementów mobilnych wpływają na rozprzestrzenianie się i zmiany tych genów w wodach odbiornika. Wiedza na temat powstawania i rozprzestrzeniania się genów antybiotykooporności jest potrzebna do poznania środowiskowych resistomów.

Projekt jest realizowany przez zespół mikrobiologów oraz biochemików z Instytutu Ekologii Terenów Uprzemysłowionych oraz specjalistów biologii molekularnej, inżynierów sanitarnych oraz bioinformatyków z Uniwersytetu Warmińsko-Mazurskiego.

 

Termin realizacji: czerwiec 2018 – czerwiec 2021

Wartość projektu: 1 113 656 PLN

Kierownik projektu: prof. dr hab. Grażyna Anna Płaza, email:

 

Projekt finansowany ze środków Narodowego Centrum Nauki w ramach konkursu HARMONIA 9,
Panel: NZ9 – Podstawy stosowanych nauk o życiu, nr rejestracyjny: 2017/26/M/NZ9/00071

 


do góry