Экологи обнаружили антибиотики в речной воде по всему миру

Открытие антибиотиков стало настоящей революцией в медицине. С появлением препаратов данной группы у человечества появился шанс лечить болезни, которые раньше считались смертельными и неизлечимыми. С каждым годом биохимики создают все новые группы антибиотиков, а люди употребляют такие лекарства все чаще и в больших количествах.

Но у этих препаратов есть и «темная сторона». После того, как антибиотики выполняют возложенную на них функцию в человеческом организме, они попадают в окружающую среду, где могут сохранять свою активность на протяжении долгого времени. Присутствие во внешней среде этих веществ стимулирует развитие штаммов разных бактерий, устойчивых к антибиотикам.

Антибиотики повсюду?

Ежегодно в мире потребляют более 100 тонн антибиотиков, и эта цифра продолжает расти. Как следствие, в окружающей среде накапливается все больше этих веществ. Издание Science Direct опубликовало интересную статистику. Оказывается, концентрация антибиотиков в поверхностных пресных водах Америки достигает 15 мкг/л, в Европе – более 10 мкг/л, в Африке – около 50 мкг/л, а в Азиатско-Тихоокеанском регионе были обнаружены показатели в более чем 450 мкг/л ^[1].

Хотя эти концентрации и считаются сравнительно безопасными для человека, но они оказывают губительное воздействие на водную экосистему. Концентрация ниже 10 мкг/л уже вызывает если не гибель, то перерождение бактерий, содержащихся в поверхностных водах. Со временем у микроорганизмов, ранее чувствительных к антибиотику, вырабатывается резистентность к нему.

Исследование Йоркского университета

В течение долгого времени ученые не имели четкого представления о том, где, в каких случаях и сколько антибиотиков проникает в окружающую среду. Поэтому Алистер Боксолл, научный сотрудник и химик-эколог из Йоркского университета (Великобритания), и его коллеги решили определить масштабы проблемы и оценить концентрацию антибиотиков в реках мира.

Исследование провела группа ученых из разных регионов. Всего было взято 711 проб в 72 странах со всех континентов, кроме Антарктиды. Ученые набирали из реки воду, замораживали ее и отправляли самолетом в Йоркский университет для анализа. Образцы были отобраны из самых важных рек в мире, в том числе Сены, Темзы, Дуная, Чаупхрая, Меконга, Тибра и Тигра.

Полученные образцы проверяли на наличие 14 типов антибиотиков, наиболее часто используемых в наше время. Оказалось, нет континента, где бы в речной воде не содержались эти вещества. В 65% из всех исследованных образцов ученые нашли следы хотя бы одного лекарства. В 111 случаях концентрация антибиотиков превышала условно безопасные уровни. В наиболее загрязненном регионе показатель был выше нормы в 300 раз ^[2].

То есть везде, где живут люди и используются антибиотики, эти вещества присутствуют и в окружающей среде. Человеческий организм не способен полностью расщепить лекарство этой группы. Избыток препарата выводится из организма вместе с выделениями и попадает в канализацию. Но даже самые современные очистные сооружения не способны устранить из воды остатки медикаментов. В регионах, где очистные сооружения отсутствуют, антибиотики в больших количествах попадают прямо в водоемы.

По итогам исследования ученые заявили, что концентрация лекарственных веществ чаще всего превышает нормы в Азии и Африке, хотя образцы, взятые из рек Европы, Северной и Южной Америки, также вызывают опасения. Самые высокие уровни антибиотика были зафиксированы в Бангладеш, Кении, Гане, Пакистане и Нигерии. На территории Европы наивысшие показатели загрязненности были обнаружены в воде из Австрии. Самой загрязненной рекой в США оказался водоем в городе Север Либерти (штат Айова), вблизи которого расположено много животноводческих ферм ^[3].

Результаты йоркского исследования показали, что самые высокие концентрации антибиотиков обычно содержатся ниже по течению от очистных сооружений и прилегающих к рекам мусорных свалок, а также в местах, где сточные отходы направляются непосредственно в водоем. Также небезопасные тенденции наблюдаются в районах политической нестабильности, в том числе в области израильско-палестинского конфликта.

Наиболее распространенным антибиотиком из тех, что обнаруживали ученые, оказался триметоприм, который обычно применяют для лечения инфекций мочевыводящих путей. Это вещество присутствовало в 307 из 711 исследованных проб ^[4].

Еще одно вещество, которое довольно часто обнаруживали специалисты в небезопасных количествах, это ципрофлоксацин – популярный антибиотик широкого спектра действия. Относительно безопасный порог это вещество превысило в 51 образце воды ^[4].

В Дунае, который является второй по длине рекой в Европе, исследователи обнаружили сразу 7 различных типов антибиотиков. Один из них – кларитромицин, который используют для лечения инфекционных заболеваний дыхательных путей, например бронхита. Это вещество обнаружили в количестве, которое в 4 раза превышает безопасный уровень.

Метронидазол, которым лечат разнообразные инфекции бактериальной природы, в реках содержится в наиболее опасных количествах. А в одном из водоемов Бангладеш ученые обнаружили это вещество в концентрации, в 300 раз превышающей показатели, которые считаются относительно безопасными для окружающей среды ^[5]. В водах Темзы и одного из ее притоков в пределах Лондона исследователи обнаружили смесь из 5 антибиотиков. И это при том, что Темза до этого времени считалась одной из самых чистых рек Европы. В Темзе концентрация антибиотика составила 233 нанограмма на 1 л, в то время как в Бангладеш уровень химикатов в реке превысил этот показатель в 170 раз ^[4].

Неправильная утилизация отходов и сточных вод в Кении привели к тому, что в речных водах этой страны уровень антибиотиков почти в 100 раз превысил относительно безопасные нормы ^[2]. В некоторых кенийских водоемах чрезвычайно высокий уровень этих веществ привел к гибели рыб.

Относительно безопасный уровень антибиотиков был установлен не так давно специалистами альянса AMR, объединяющего более 100 фармацевтических и биотехнологических компаний. В зависимости от типа антибактериального вещества, его относительно безопасное количество может варьироваться от 20 до 32 тысяч нг/л ^[4]. Но по мнению микробиолога Уильяма Гейза из Университета Эксетера, даже слабые следы антибиотиков могут оказать большое влияние на развитие резистентности у бактерий ^[5].

Помимо антибиотиков, в окружающей среде в опасных для природы концентрациях ученые также находят анальгетики, гормональные и антигистаминные вещества, препараты, используемые для лечения психических болезней, а также остатки лекарств для разжижения крови.

Исследования в Индии

Похожее исследование провели специалисты из Банаресского университета (Индия) ^[6]. Они изучали качество воды на разных участках реки Ганг. Специалисты отобрали пробы возле 5 гхат (каменные ступенчатые сооружения, служащие для ритуальных омовений индусов). После тщательных исследований образцов оказалось, что в реке в изобилии содержатся бактерии с резистентностью к наиболее распространенным антибиотикам.

Этому феномену нашел объяснение профессор Лаборатории молекулярной экологии Банаресского университета и руководитель исследования Суреш Кумар Дубей. По его словам, только в регионе Варанаси ежедневно в реку попадает более 309,8 млн. л. обработанных и необработанных бытовых отходов. Содержащиеся в них вещества, в том числе антибиотики, способствуют перерождению бактерий и выработке у них устойчивости к лекарственным препаратам.

Почему это опасно

Антибиотики помогают лечить опасные инфекционные заболевания, тем самым спасая ежегодно миллионы жизней. Но популяции бактерий, с которыми борются с помощью антибиотиков, довольно жизнеспособные и склонные к трансформации. В ответ на воздействие медпрепарата они способны изменяться, вырабатывая устойчивость к нему. Это значит, что устойчивый штамм становится неуязвимым к антибиотику, и с помощью такого медпрепарата очень трудно или даже невозможно лечить инфекцию.

Как утверждает профессор Дейм Салли из Великобритании, с каждым годом проблема резистентности бактерий к лекарствам усугубляется. Если тенденция будет продолжаться, любой из нас лет через 20 может попасть в больницу и после самой простой операции умереть от обычной инфекции, которую станет невозможно вылечить с помощью антибиотика.

Анализ, проведенный в 2016 году, показал, что в мире ежегодно умирает около 700 тысяч человек от инфекций, вызванных бактериями с резистентностью к антибиотикам. По прогнозам экспертов в области медицины, уже к 2050 году устойчивые к лекарствам штаммы будут убивать по 1 человеку в мире каждые 3 секунды ^[7].

Загрязнение окружающей среды антибиотиками влияет на живущие там бактерии, способствует более быстрому развитию штаммов с резистентностью к лекарствам. Кроме того, оно влияет на экобаланс в реках и ручьях, изменяя их естественный бактериальный состав. В результате могут нарушаться все виды экологических процессов, в том числе циркуляция углерода и азота, которая во многом зависит от бактерий.

Профессор Боксолл отметил, что проблема загрязнения антибиотиками напоминает проблему с пластиком. По мнению ученого, корень беды в том, что современный человек не задумывается, куда уходят и где скапливаются отходы нашей жизнедеятельности.

Ученые признают, им еще предстоит провести много исследований, прежде чем они точно поймут, как происходит развитие резистентности к антибиотикам. Но последний анализ показывает, что важно немедленно найти решение, как предотвратить дальнейшее накопление антибиотиков в реках.

Источники