I bystrømme, farmaceutisk forurening driver mikrobiel resistens

I bystrømme, vedvarende farmaceutisk forurening kan få vandmikrobielle samfund til at blive resistente over for lægemidler. Så rapporterer en ny undersøgelse offentliggjort i dag i tidsskriftet Økosfæren .

Emma Rosi, en akvatisk økolog ved Cary Institute of Ecosystem Studies og hovedforfatter på undersøgelsen forklarer, "Rensningsanlæg til spildevand er ikke udstyret til at fjerne mange farmaceutiske forbindelser. Vi var interesserede i, hvordan strømmikroorganismer - som udfører vigtige økosystemtjenester som fjernelse af næringsstoffer og nedbrydning af bladaffald - reagerer på farmaceutisk forurening."

Forskere vurderede tilstedeværelsen af ​​lægemidler - herunder smertestillende midler, stimulanser, antihistaminer, og antibiotika - i fire vandløb i Baltimore, Maryland. Derefter målte de det mikrobielle respons på lægemiddeleksponering. Undersøgelsessteder blev udvalgt til at repræsentere en gradient af udvikling, fra forstæder til by.

Mikroorganismer som bakterier og alger vokser i komplekse samlinger kaldet biofilm - de slimede belægninger, der findes på sten i vandløb. Disse taksonomisk mangfoldige samfund er afgørende for at opretholde ferskvands sundhed. De driver næringsstofcykling, nedbryde forurenende stoffer, og danne grundlaget for stream food web.

Rosi bemærker, "Forskellige typer mikrober kan modstå forskellige typer og koncentrationer af syntetiske kemikalier. Når vi udsætter strømme for farmaceutisk forurening, vi ændrer ubevidst deres mikrobielle samfund. Alligevel vides lidt om, hvad dette betyder for økologisk funktion og vandkvalitet. "

De analyserede vandløb er en del af Baltimore Ecosystem Study, og har veldokumenterede forskelle i spildevand og forurening af næringsstoffer. Over en periode på to uger, passive prøvetagere blev indsat i vandløbene for at fange et øjebliksbillede af tilstedeværelsen og overflod af seks lægemidler. Disse omfattede:koffein og amfetamin (stimulanser), acetaminophen og morfin (smertestillende midler), sulfamethoxazol (antibiotikum), og diphenhydramin (antihistamin).

Resultaterne var klare:bystrømme havde mere farmaceutisk forurening. Sammenlignet med deres forstæder, de havde begge et større antal lægemidler til stede, og højere lægemiddelkoncentrationer.

I samme tidsrum på to uger, teamet kørte en test, der undersøgte, hvordan mikrobielle samfund i hver af de fire strømme reagerede på udsættelse for koffein, cimetidin, ciprofloxacin, og diphenhydramin. Forurenende stoffer blev testet enkeltvis, med fokus på, hvilke mikrobielle arter der kunne overleve i nærvær af stofferne, og hvor effektivt de kunne fungere.

Medforfatter John J. Kelly fra Loyola University Chicago forklarer, "Mikrobielle samfundsstrømme er følsomme over for lægemidler, som kan undertrykke både respiration og primærproduktion. Vi brugte respiration som en proxy til at vurdere mikrobernes evne til at opretholde biologisk funktion i nærvær af lægemidler. "

Testglas, der indeholder målfarmaceutiske svampe og cellulosesvampe, hvilke mikrober let kan kolonisere, blev placeret i de fire vandløb. Kontrolglas, indeholder kun cellulosesvampe, blev placeret nær testglasene. Fjorten dage senere, krukkerne blev bragt ind i laboratoriet og analyseret for at bestemme tilstedeværelse og overflod af mikrobielle arter og deres respirationshastigheder.

Koffein, cimetidin, og ciprofloxacin førte til en reduktion i mikrobiel respiration på alle steder; diphenhydramin havde en marginal effekt. Antibiotika ciprofloxacin havde en negativ effekt på respirationshastigheder, men kun i forstæder. I bystrømme, mikrobiel respiration var den samme i lægemiddeleksponerede og kontroltestglas.

Efter lægemiddeleksponering, typen og overflod af mikrobielle arter var forskellige på by- og forstæder. I bystrømme, mikrobielle samfund skiftede i artsammensætning og var bedre i stand til at opretholde respirationshastigheder. Dette indikerer, at disse vandløb rummer resistente mikrober, der kan blomstre, når ikke-resistente arter ikke længere kan overleve.

Rosi forklarer, "Vi formoder, at siden bystrømme har modtaget hyppige farmaceutiske input over lange tidsskalaer, lommer af lægemiddelresistente mikrober har udviklet sig i disse strømme. De er klar til at kolonisere substrater, også når der er stoffer. Når man står over for farmaceutisk eksponering, disse resistente mikrober kan opretholde økologisk funktion, også når andre arter er elimineret. "

Mens mikrobielle samfund kan tilpasse sig og trives i nærvær af vedvarende farmaceutiske input, ikke alle mikrober er ens med hensyn til deres indvirkning på vandkvaliteten og menneskers sundhed. For eksempel, bakteriearter af Aeromonas -slægten, findes i den mest urbaniserede strøm, er tæt forbundet med menneskelig sygdom og mave -tarmsygdom.

Kelly slutter, "Effektiv forvaltning af vores ferskvand kræver en forståelse af, hvordan forurenende stoffer, herunder lægemidler, påvirke mikrobielle samfund. Vores resultater viser, at biofilm kan være overraskende modstandsdygtige. De bredere økologiske virkninger af ændringer i mikrobielle artsammensætning, samt virkningerne af undertrykt mikrobiel funktion i mere landdistrikter, forblive vigtige spørgsmål at undersøge. "