Antibiyotiğe Dirençli Genleri Bulmak için, “Anlık” Numunelerin, Klorlamanın Sınırlarını Gösteren Yeni Yöntem
Fotoğraf -1 : Grafiksel özet
Rice Üniversitesi mühendislerine göre, basit bir atık su örneğinin içeriğini test etmek, taşıdığı şey hakkında çok şey ortaya çıkarabilir, ancak tüm hikayeyi anlatamaz.
Yeni çalışmaları, kentsel bir atık su tesisinde 24 saatten fazla alınan kompozit numunelerin, sudaki antibiyotiğe dirençli genlerin (ARG’ler) seviyesinin çok daha doğru bir temsilini verdiğini gösteriyor. Hastalık Kontrol ve Önleme Merkezlerine (CDC) göre, antibiyotik direnci dünya çapında milyonlarca ölümden sorumlu küresel bir sağlık tehdididir.
Bu süreçte araştırmacılar, ikincil atık su arıtmanın hedef antibiyotiğe dirençli gen miktarını önemli ölçüde azaltırken, arıtmanın sonraki aşamalarında sıklıkla kullanılan klorlu dezenfektanların bazı durumlarda çevreye geri salınan su üzerinde olumsuz bir etkisi olabileceğini keşfettiler.
Rice Üniversitesi George R. Brown Mühendislik Okulunda bulunan Lauren Stadler laboratuvarında yaptığı çalışmalarda, bir atık su tesisinden akış minimum seviyede olduğunda, kompozit numunelerde gördüklerinden on kat daha yüksek antibiyotik dirençli RNA konsantrasyonları gördüğünü bildirdi.
Her ikisi de Stadler’in laboratuvarında yüksek lisans öğrencisi olan baş yazarlar Esther Lou ve Priyanka Ali, sonuçlarını ACS Çevre Bilimi ve Teknolojisi: Su dergisinde bildirdiler.
Sonuçlar, tesislerde yayılan ve ortamdaki diğer organizmalara bu genlerin aktarılabileceği bakterilerde antibiyotik dirençli genlerin prevalansını azaltmak için atık suyu iyileştirmesinde daha iyi protokollere yol açabilir.
İnşaat ve çevre mühendisliği yardımcı doçenti ve COVID-19’den sorumlu SARS-COV-2 virüsü belirtilerinin atık su analizi çalışmalarına öncülük eden Stadler, antibiyotiğin dirençli bir öldürücü olduğu ve her yıl ABD’de yaklaşık 2.8 milyon enfeksiyona yol açarak 35,000’den fazla kişinin ölümüne yol açtığı için bu sorunun kritik önem taşıdığını söyledi.
Bu istatistikler, Rice’taki çabaların uzun zamandır odak noktası haline geldi ve bu da yeni bir merkez, Houston Atık Su Epidemiyolojisi, Houston Sağlık Departmanı ve Houston Kamu İşleri ile ortaklığın kurulmasına yol açtı. Merkezin bu yıl CDC tarafından atık su kaynaklı hastalıkları izleme bilimlerinde araçlar geliştirmek ve diğer devlet ve yerel sağlık departmanlarını eğitmek üzerine kurulduğu duyurulmuştur.
Stadler, test cihazlarına yönelik çıkarmanın, anlık görüntülerin sonuçlarında istenmeyen ön yargılara yol açabileceği olduğunu söyledi.
Rice merkezli, Ulusal Bilim Vakfı tarafından desteklenen Nanoteknoloji Destekli Su Arıtma (NEWT) Merkezi’nin öğretim üyesi Stadler, “Tek bir atık su numunesinin yakalanmasının tüm gün boyunca akan akışı temsil etmemesi sezgisel olduğunu düşünüyorum.” dedi. “Su kullanım şekilleri nedeniyle atık su akışları ve yükleri gün içinde farklılık gösteriyor. Bunun doğru olduğunu bilsek de, hiç kimse antibiyotik dirençli genlerin gün boyunca hangi derecede değişiklik gösterdiğini göstermedi.”
Fotoğraf -2 : Rice Üniversitesi mühendisi Lauren Stadler ve ekibi, atık su “anlık görüntülerini” günlük bileşik numunelerle karşılaştırdı ve anlık görüntülerin antibiyotiğe dirençli genlerin varlığını test etmede yanlılığa yol açtığını buldu.
Çalışma için Rice ekibi, atık suyu rutin olarak dezenfekte eden Houston bölgesindeki bir fabrikada biri yazın, diğeri kışın olmak üzere 24 saatlik iki çalışmada hem toplu hem de kompozit numuneler aldı.
Atık su arıtma sürecinin çeşitli aşamalarından iki saatte bir numune aldılar ve florokinolon, karbapenem, ESBL ve kolistine direnç sağlayan klinik olarak ilgili birkaç genin yanı sıra bilinen bir sınıf 1 integron-integraz genini ölçmek için laboratuvarda PCR testleri yaptılar.
Topladıkları numuneler, antibiyotiğe dirençli genlerin konsantrasyonunu alınan numunelere dayalı olarak tesislerdeki uzaklaştırma oranlarındaki değişkenliği ve ikincil arıtma ve klor dezenfeksiyonunun antibiyotiğe dirençli genlerin ve ayrıca bunların uzaklaştırılması üzerindeki etkisini belirlemelerine olanak sağladı.
Ekip, antibiyotiğe dirençli gen çıkarımının büyük çoğunluğunun kimyasal dezenfeksiyonun aksine biyolojik işlemlerden kaynaklandığını tespit etti. Aslında, arıtılmış atık su çevreye deşarj edilmeden önce son dezenfektan olarak kullanılan klorlamanın antibiyotiğe dirençli organizmaları seçmiş olabileceğini gözlemlediler.
Anlık görüntülerin sonuçları herhangi bir gün içinde önemli ölçüde değişebileceğinden, bir gün boyunca sabit bir hızda toplanmaları gerekiyordu. Bu, Lou ve Ali’nin City of West University Place atık su arıtma tesisinde birkaç uzun vardiya geçirmesini gerektirdi.
Gerçek zamanlı atık su izleme gerçeğe dönüşürse, böyle bir taahhüt gerekli olmayacaktır. Stadler, bir atık su sistemindeki farklı konumlarda duraklama olmaksızın SARS-CoV-2 dahil olmak üzere antibiyotiğe dirençli genlerin ve patojenlerin varlığını tespit edecek canlı bakteriyel sensörler geliştiren bir Rice işbirliğinin parçasıdır. Bir hedefi algıladığında anında elektrik sinyali yayan bakteriyel sensörler inşa etmek için üniversitede devam eden proje , Kasım ayında Nature’da yayınlanan bir çalışmanın konusuydu.
“Canlı sensörler, analiz için laboratuvara geri getirilmesi gereken kompozit numuneleri toplamak için pahalı ekipmanlara güvenmek yerine sürekli izlemeyi mümkün kılabilir” dedi. “Bence gelecek, atık su sisteminin herhangi bir yerine yerleştirilebilen ve gördüklerini gerçek zamanlı olarak raporlayabilen bu canlı sensörlerde. Bunun için çalışıyoruz.”
Rice Üniversitesi lisans öğrencisi Karen Lu ve Sistemler, Sentetik ve Fiziksel Biyoloji Doktora öğrencisi Prashant Kalvapalle, çalışmanın ortak yazarlarıdır.
Kaynak : phys.org
