Rester af antibiotika forbliver i behandlet landbrugsaffald, forskningsfund

Hvert år, landmænd i USA køber titusindvis af millioner pund antibiotika, der er godkendt til brug i køer, grise, høns og andre husdyr.

Når landmænd genbruger dyrenes gødning som gødning eller strøelse, spor af medicinen udvaskes i miljøet, giver anledning til bekymring for, at landbruget kan bidrage til fremkomsten af ​​antibiotika-resistente bakterier.

Ny forskning rummer besværlig indsigt med hensyn til omfanget af dette problem.

Ifølge et par nye undersøgelser ledet af Diana Aga, PhD, Henry M. Woodburn Professor i kemi ved universitetet ved Buffalo College of Arts and Sciences, to af de mest elitære affaldsbehandlingssystemer, der findes i dag på gårde, fjerner ikke helt antibiotika fra gødning.

Begge teknologier – avanceret anaerob fordøjelse og omvendt osmosefiltrering – efterlader sig med hensyn til niveauer af antibiotikarester, som kan omfatte både selve stofferne og molekyler, som stofferne nedbrydes til.

Ud over, undersøgelsen afslørede nye resultater om fast ekskrementer, som ofte filtreres fra rå, våd gødning inden behandlingsteknologierne implementeres.

Forskere fandt ud af, at dette faste stof kan indeholde højere koncentrationer af antibiotika end uforarbejdet gødning, en opdagelse, der er særligt foruroligende, fordi dette materiale ofte frigives til miljøet, når det bruges som dyrestrøelse eller sælges som gødning.

"Vi håbede, at disse avancerede behandlingsteknologier kunne fjerne antibiotika. Som det viser sig, de var ikke så effektive, som vi troede, de kunne være, " siger Aga.

Hun giver noget håb, dog:"På den positive side, Jeg tror, ​​at en flertrinsproces, der også omfatter kompostering i slutningen af ​​systemet, kan reducere mængden af ​​antibiotika betydeligt. Vores tidligere undersøgelser af fjerkræaffald viste, at op til 70 procent reduktion af antibiotika kaldet ionoforer kan opnås efter 150 dages kompostering. Test af denne hypotese om husdyrgødning er den næste fase af vores projekt, og vi ser nogle positive resultater."

Forskningen om omvendt osmosefiltrering blev offentliggjort online i januar i tidsskriftet Kemosfære . Undersøgelsen om avanceret anaerob fordøjelse - et samarbejde mellem UB og Virginia Tech - dukkede op online i marts i tidsskriftet Miljøforurening .

Affaldsbehandlingssystemer er ikke designet til at fjerne antibiotika

Ifølge U.S. Food and Drug Administration, mere end 30 millioner pund antibiotika, der er godkendt til brug i fødevareproducerende husdyr, blev solgt eller distribueret i USA i 2016. Og det er kun en brøkdel af det samlede antal antibiotika, der årligt bruges rundt om i verden til mennesker og dyr.

Selvom den nye forskning fokuserer på mælkebedrifter, resultaterne peger på et større problem.

"Ingen af ​​de behandlingssystemer, vi undersøgte, var designet til at fjerne antibiotika fra affald som det primære mål, " siger Aga. "Avanceret anaerob fordøjelse bruges til at reducere lugte og producere biogas, og omvendt osmose bruges til at genbruge vand. Det var ikke meningen, at de skulle tage fat på fjernelse af antibiotiske forbindelser.

"Dette problem er ikke begrænset til landbruget:Affaldsbehandlingssystemer i dag, herunder dem, der er designet til at håndtere kommunalt spildevand, hospitalsaffald og endda affald fra antibiotikafremstillingsindustrien, ikke har behandling af antibiotika i tankerne. Dette er et ekstremt vigtigt globalt spørgsmål, fordi stigningen i antibiotikaresistens i miljøet er uden fortilfælde. Det skal vi begynde at tænke over, hvis vi vil forhindre den fortsatte spredning af resistens i miljøet.«

Aga er fortaler for "One Health"-tilgangen til at bekæmpe antimikrobiel resistens, som tilskynder eksperter, der arbejder på hospitaler, landbrug og andre sektorer relateret til både menneskers og dyrs sundhed til at arbejde sammen, da mennesker og dyr ofte behandles med samme eller lignende antibiotika.

Aga var inviteret oplægsholder på et internationalt forum i sidste uge om den seneste forskning om antimikrobiel resistens. Begivenheden, i Vancouver, Canada, blev ledet af repræsentanter fra UK Science and Innovation Network, Wellcome Trust og U.S. Centers for Disease Control and Prevention.

Poop har forskellige dele - og alle skal behandles

For at udføre undersøgelsen, videnskabsmænd besøgte to mælkebedrifter i Upstate New York.

Begge faciliteter udvinder meget af det faste stof fra kogødning, før det resterende slam udsættes for højteknologiske affaldshåndteringsteknikker. For at behandle det resterende snavs, en gård bruger avanceret anaerob fordøjelse, som anvender mikroorganismer og pasteurisering til at nedbryde og omdanne organisk stof til produkter, der inkluderer biogas, mens den anden gård bruger omvendt osmose, som passerer gyllen gennem en række membraner for at rense vand.

Begge teknologier reducerede antibiotikarester i flydende gødning, men gjorde lidt for at reducere niveauet i det resterende faste stof. Dette er særligt bekymrende, da forskningen også afslørede, at antibiotiske forbindelser har en tendens til at migrere fra de flydende dele af gyllen til de faste stoffer under behandling, hvilket gør det uden tvivl vigtigere at behandle end sidstnævnte.

Bekymringen over fast ekskrementer forstærkes af det faktum, at behandlingsteknikkerne først implementeres, efter at de fleste faste stoffer allerede er adskilt fra den rå gødning, hvilket betyder, at hovedparten af ​​det faste stof kan forblive ubehandlet.

Nogle centrale fund fra hver undersøgelse:

• Forskningen i avanceret anaerob fordøjelse undersøgte en populær klasse af antibiotika kaldet tetracykliner, konstateret, at disse lægemidler og deres nedbrydningsprodukter migrerede fra den flydende del af slammet til den faste del under behandlingen. I slutningen af ​​processen, de faste stoffer indeholdt højere niveauer af tetracyclin-antibiotika end den oprindelige rågødning. Undersøgelsen fandt også, at både de flydende og faste dele af slammet indeholdt gener, der giver resistens over for disse antibiotika.
• Undersøgelsen om omvendt osmose så på, hvor godt denne vandrensningsteknik fjernede syntetiske antimikrobielle stoffer kaldet ionoforer, som bruges til at fremme vækst hos malkekøer og til behandling af coccidiose, en dyr, parasitisk sygdom i kvægindustrien, der hovedsageligt rammer unge kalve. Forskningen fandt, at omvendt osmose effektivt filtrerede ionoforer fra den flydende del af gødning. Imidlertid, lave niveauer af stofferne varede i "renset" vand efter behandling på grund af forringelsen af ​​membraner, der blev brugt i filtreringsprocessen. Også, fast stof ekstraheret fra vandet under omvendt osmose indeholdt stadig høje niveauer af ionoforer. Endelig, undersøgelsen viste, at før behandlingen, mange af ionoforerne ser ud til allerede at være migreret ind i den faste del af den rå gødning, der fjernes, før den omvendte osmose overhovedet begynder.

"Begge systemer, vi undersøgte, er et godt første skridt i at reducere spredningen af ​​antibiotika og potentielt reducere resistens i miljøet, men vores undersøgelse viser, at der skal gøres mere, " siger Aga. "Vi er nødt til at se på forskellige affaldshåndteringsmetoder, måske i kombination, kunne reducere spredningen af ​​antibiotikaforbindelser og resistens i miljøet."

Aga peger på kompostering som et område at udforske. Hendes team undersøger, hvordan avanceret anaerob fordøjelse kan bruges i forbindelse med kompostering af faste materialer for at fjerne antibiotika og deres nedbrydningsprodukter fra gødning. De foreløbige resultater af forskningen, endnu ikke offentliggjort, er lovende, siger Aga.