Фармацевтическое загрязнение в городских реках вызывает устойчивость микробов

В городских реках постоянное фармацевтическое загрязнение может приводить к формированию устойчивости водных микробных сообществ к лекарствам. Об этом сообщает новое исследование, опубликованное в журнале Ecosphere.

Эмма Рози, водный эколог из Института экосистемных исследований Кэри и ведущий автор исследования, поясняет: «Очистные сооружения не предназначены для удаления многих фармацевтических соединений. Нас интересовало, как речные микроорганизмы, выполняющие ключевые экосистемные услуги, такие как удаление питательных веществ и разложение листового опада, реагируют на фармацевтическое загрязнение».

Исследователи оценили наличие фармацевтических препаратов, включая обезболивающие, стимуляторы, антигистаминные и антибиотики, в четырёх реках Балтимора (Мэриленд). Затем они измерили реакцию микробов на воздействие лекарств. Места для исследования были выбраны для представления градиента урбанизации — от пригородных до городских.

Микроорганизмы, такие как бактерии и водоросли, растут в сложных сообществах, называемых биоплёнками — слизистых покрытиях на камнях в руслах рек. Эти таксономически разнообразные сообщества необходимы для поддержания здоровья пресноводных экосистем. Они обеспечивают круговорот питательных веществ, разлагают загрязнители и формируют основу пищевой сети реки.

Рози отмечает: «Разные типы микробов могут выдерживать разные типы и концентрации синтетических химических веществ. Загрязняя реки фармацевтическими препаратами, мы невольно изменяем их микробные сообщества. Однако мало что известно о том, что это означает для экологической функции и качества воды».

Исследуемые реки являются частью Балтиморского экосистемного исследования и имеют хорошо документированные различия в загрязнении сточными водами и питательными веществами. В течение двух недель в реках размещались пассивные пробоотборники для фиксации наличия и концентрации шести препаратов: кофеина и амфетамина (стимуляторы), ацетаминофена и морфина (обезболивающие), сульфаметоксазола (антибиотик) и дифенгидрамина (антигистаминный препарат).

Результаты были однозначны: в городских реках было больше фармацевтического загрязнения. По сравнению с пригородными, в них присутствовало большее количество препаратов и в более высоких концентрациях.

В те же две недели команда провела эксперимент по изучению реакции микробных сообществ в каждой из четырёх рек на воздействие кофеина, циметидина, ципрофлоксацина и дифенгидрамина. Загрязнители тестировались по отдельности, с фокусом на то, какие виды микробов могут выжить в присутствии препаратов и насколько эффективно они могут функционировать.

Соавтор Джон Дж. Келли из Чикагского университета Лойолы объясняет: «Речные микробные сообщества чувствительны к фармацевтическим препаратам, которые могут подавлять как дыхание, так и первичную продукцию. Мы использовали дыхание как показатель способности микробов поддерживать биологическую функцию в присутствии фармацевтических препаратов».

В четыре реки поместили экспериментальные сосуды с целевым препаратом и целлюлозными губками, которые микробы могут легко колонизировать. Контрольные сосуды, содержащие только губки, размещали рядом. Через четырнадцать дней сосуды доставили в лабораторию и проанализировали, чтобы определить наличие и обилие видов микробов, а также их скорость дыхания.

Кофеин, циметидин и ципрофлоксацин привели к снижению микробного дыхания на всех участках; дифенгидрамин оказал незначительный эффект. Антибиотик ципрофлоксацин оказал негативное влияние на скорость дыхания, но только в пригородных реках. В городских реках микробное дыхание в сосудах с препаратом и в контрольных сосудах было одинаковым.

После воздействия препаратов тип и обилие видов микробов различались на городских и пригородных участках. В городских реках микробные сообщества изменили видовой состав и были лучше способны поддерживать скорость дыхания. Это указывает на то, что в этих реках обитают устойчивые микробы, которые могут процветать, когда неустойчивые виды больше не выживают.

Рози поясняет: «Мы предполагаем, что, поскольку городские реки получали частые фармацевтические загрязнения в течение длительного времени, в них сформировались очаги лекарственно-устойчивых микробов. Они готовы колонизировать субстраты даже при наличии препаратов. Сталкиваясь с фармацевтическим воздействием, эти устойчивые микробы могут поддерживать экологическую функцию, даже когда другие виды были уничтожены».

Хотя микробные сообщества могут адаптироваться и процветать в условиях постоянного фармацевтического загрязнения, не все микробы одинаково влияют на качество воды и здоровье человека. Например, виды бактерий рода Aeromonas, обнаруженные в наиболее урбанизированной реке, тесно связаны с заболеваниями человека и желудочно-кишечными инфекциями.

Келли заключает: «Эффективное управление нашими пресноводными ресурсами требует понимания того, как загрязнители, включая фармацевтические препараты, влияют на микробные сообщества. Наши результаты показывают, что биоплёнки могут быть удивительно устойчивыми. Более широкие экологические последствия изменений в видовом составе микробов, а также эффекты подавления микробной функции в более сельских реках остаются важными вопросами для изучения».