Eine konventionelle Abwasserdesinfektion mit Chlor könnte die Verbreitung antimikrobieller Resistenzen bei Bakterien erleichtern. Die Behandlung einiger Arten von Abwasser mit ultraviolettem (UV) Licht könnte Teil der Lösung sein, so eine Studie am KAUST Water Desalination and Reuse Center, die in der Fachzeitschrift Environmental Science & Technology veröffentlicht wurde.
Bakterien entwickeln sich rasch Mechanismen, um die Wirkung antimikrobieller Medikamente zu umgehen, und diese Resistenz bedroht zunehmend die öffentliche Gesundheit. Pharmazeutische Verbindungen und resistente Bakterien, die kommunales und landwirtschaftliches Abwasser erreichen, sind teilweise schuld. Interessanterweise ist die antibiotika-resistenz bei Bakterien, die von Kläranlagen stromabwärts abgelagert sind, noch höher als bei Rohabwässern, die in die Anlagen gelangen.
Bei der Abwasserdesinfektion bricht genetisches Material aus Bakterien in das umgebende Wasser. Diese extrazelluläre DNA kann antimikrobielle Resistenzgene enthalten. "Die große Frage ist: Sind diese extrazellulären Resistenzgene für die öffentliche Gesundheit von Bedeutung?", sagt David Mantilla-Calderon, Postdoktorand von KAUST. "Wir haben noch keine Antwort auf diese Frage, aber die erste Voraussetzung, die diese Gene erfüllen müssen, um Bedenken zu machen, ist, dass sie in einer lebensfähigen Bakterienzelle bestattet werden müssen. Dies ist nur durch einen Prozess namens natürliche Transformation möglich, der die extrazelluläre DNA-Aufnahme und Integration in das bakterielle Chromosom ermöglicht."
Mantilla-Calderon und Kollegen von KAUST fanden heraus, dass die natürliche Transformation in einem Bakterium stimuliert wurde, das häufig in Wasser und Boden gefunden wird, genannt Acinetobacter baylyi, wenn es in Gegenwart des Chlornebenprodukts Bromessigsäure war. Das Desinfektionsnebenprodukt verursachte DNA-Schäden im Bakterium und induließe einen DNA-Reparaturweg, der bekanntermaßen auch die Integration fremder DNA in das Bakteriengenom erhöht.
Der Doktorand Nicolas Augsburger untersuchte als nächstes die Auswirkungen von Sonnenlicht und UV-Licht auf die natürliche Transformation. "Wir wollten sehen, ob es eine sicherere Möglichkeit gibt, behandeltes Abwasser zu desinfizieren, ohne eine Zunahme der natürlichen Transformation von Umweltbakterien zu provozieren", erklärt er.
Interessanterweise fanden Augsburger und seine Kollegen heraus, dass das Sonnenlicht, ähnlich wie Bromessigsäure, auch die natürliche Transformation in Acinetobacter baylyi erhöhte, indem es einen DNA-Reparaturweg auslöste.
Überraschenderweise, obwohl UV-Licht auch die Aufnahme von extrazellulärer DNA in das Bakteriengenom erhöhte, waren die Gene in dem Maße geschädigt worden, dass sie nicht mehr funktionsfähig waren, im Gegensatz zur Wirkung von Sonnenlicht und Bromessigsäure.
"Sonnenlicht hat die Integration fremder DNA um das Zweifache erhöht", sagt Augsburger. "Die rettende Gnade war, dass UV-Licht zwar auch die Integration fremder DNA erhöht, genau wie Desinfektionsnebenprodukte und Sonnenlicht, aber gleichzeitig die extrazelluläre DNA im Abwasser so weit schädigt, dass es, selbst wenn es von Bakterien aufgenommen wird, diese Gene nicht ausdrücken kann."
"Unsere Studien stellen in Frage, ob wir uns derzeit auf die Verwendung von Chlor als letzten Desinfektionsschritt in den meisten Kläranlagen verlassen", sagt der Mikrobiologe Peiying Hong, der die Studien überwachte. "Eine Desinfektionsstrategie mit UV-Licht könnte für die Desinfektion von Niedrigtrübungswasser in Betracht gezogen werden. Dies könnte dazu beitragen, den Abwasserbeitrag zur Antibiotikaresistenz zu minimieren."
Hongs Labor untersucht nun, wie verschiedene Stressoren interagieren könnten, um die Aufnahme- und Integrationsraten von extrazellulärer DNA in Bakterien zu beeinflussen.
