ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ УСТОЙЧИВОСТИ К АНТИБИОТИКАМ УСЛОВНО-ПАТОГЕННОЙ МИКРОФЛОРЫ, ПЕРСИСТИРУЮЩЕЙ В ГИДРОЭКОСИСТЕМАХ
Авторы:
1.
Астраханский государственный технический университет
(д-р биол. наук; профессор кафедры гидробиологии и общей экологии)
2.
Астраханский государственный технический университет
(канд. биол. наук; доцент кафедры гидробиологии и общей экологии)
Тип:
Статья
Страницы:
с 53
по 57
Статус:
Опубликован
Получено:
05.12.2018
Одобрено:
25.12.2018
Опубликовано:
25.12.2018
Классификаторы:
УДК [579.26:574.5]: [579.68:577.18]
ГРНТИ 34.39 Физиология человека и животных
ГРНТИ 62.13 Биотехнологические процессы и аппараты
ГРНТИ 69.01 Общие вопросы рыбного хозяйства
ГРНТИ 69.25 Аквакультура. Рыбоводство
ГРНТИ 69.31 Промышленное рыболовство
ГРНТИ 69.51 Технология переработки сырья водного происхождения
ГРНТИ 87.19 Загрязнение и охрана вод суши, морей и океанов
ГРНТИ 34.39 Физиология человека и животных
ГРНТИ 62.13 Биотехнологические процессы и аппараты
ГРНТИ 69.01 Общие вопросы рыбного хозяйства
ГРНТИ 69.25 Аквакультура. Рыбоводство
ГРНТИ 69.31 Промышленное рыболовство
ГРНТИ 69.51 Технология переработки сырья водного происхождения
ГРНТИ 87.19 Загрязнение и охрана вод суши, морей и океанов
Язык материала:
русский
Ключевые слова:
антибиотики, резистентность, условно-патогенная микрофлора, антропогенез, аквакультура, бактерии, водоем, гидроэкосистемы
Аннотация (русский):
Предложен обзор исследований, посвященных проблеме антибиотикорезистентности условно-патогенной микрофлоры, циркулирующей в различных гидроэкосистемах. Отмечается, что процесс распространения антибиотикорезистентности бактерий во всем мире является масштабным и нарастающим. Установлено, что особенности ее проявления во многом определяются природно-климатическими, антропогенными факторами, а также уровнем урбанизации. Рассмотрены механизмы взаимодействия микроорганизмов с отдельными антибиотиками. Приведенные данные свидетельствуют о том, что широкое использование антибиотиков в медицине, ветеринарии и аквакультуре обусловили антибиотикорезистентность у микрофлоры, выделенной из гидроэкосистем и гидробионтов (рыб). Представлены результаты исследований российских и зарубежных ученых об антибиотикорезистентности бактерий, выделенных из воды и рыбы. Так, микроорганизмы, выделенные из городских водотоков г. Астрахани, дельты р. Волги и органов судака, обладали множественной антибиотикорезистентностью в зависимости от сезона года и исследуемого района. Во всех случаях установлены минимальная устойчивость микрофлоры к тобрамицину и левомицетину; максимальная - к бензилпенициллину и ампициллину. Полученные данные могут служить показателями санитарно-эпидемиологического и экологического неблагополучия гидроэкосистем.
Предложен обзор исследований, посвященных проблеме антибиотикорезистентности условно-патогенной микрофлоры, циркулирующей в различных гидроэкосистемах. Отмечается, что процесс распространения антибиотикорезистентности бактерий во всем мире является масштабным и нарастающим. Установлено, что особенности ее проявления во многом определяются природно-климатическими, антропогенными факторами, а также уровнем урбанизации. Рассмотрены механизмы взаимодействия микроорганизмов с отдельными антибиотиками. Приведенные данные свидетельствуют о том, что широкое использование антибиотиков в медицине, ветеринарии и аквакультуре обусловили антибиотикорезистентность у микрофлоры, выделенной из гидроэкосистем и гидробионтов (рыб). Представлены результаты исследований российских и зарубежных ученых об антибиотикорезистентности бактерий, выделенных из воды и рыбы. Так, микроорганизмы, выделенные из городских водотоков г. Астрахани, дельты р. Волги и органов судака, обладали множественной антибиотикорезистентностью в зависимости от сезона года и исследуемого района. Во всех случаях установлены минимальная устойчивость микрофлоры к тобрамицину и левомицетину; максимальная - к бензилпенициллину и ампициллину. Полученные данные могут служить показателями санитарно-эпидемиологического и экологического неблагополучия гидроэкосистем.
Ключевые слова:
антибиотики, резистентность, условно-патогенная микрофлора, антропогенез, аквакультура, бактерии, водоем, гидроэкосистемы
антибиотики, резистентность, условно-патогенная микрофлора, антропогенез, аквакультура, бактерии, водоем, гидроэкосистемы
Антибиотикорезистентность условно-патогенной микрофлоры является важнейшей фенотипической особенностью, которая определяется поверхностной структурой клеток на молекулярном уровне (S-слои бактерий, которые функционируют как антимикробные пептиды). Они могут изменять свои свойства в ответ на изменения окружающей среды в процессе антропогенеза. Авторами [1, 2] показано, что в условиях экологического неблагополучия достоверно увеличивается доля штаммов бактерий с множественной устойчивостью к антибиотикам. После антибиотикотерапии небольшая часть микроорганизмов, устойчивых к тому или иному препарату, остается в организме, продолжая персистировать, нарушая нормофлору и обуславливая дисбактериоз. Поэтому устойчивость микроорганизмов к этим препаратам возникает быстрее, чем появляются новые антибиотики. На фоне глобализации антибиотикорезистентности микрофлоры в среде обитания, в том числе в воде, происходит ускорение эволюции патогенов и рост инфекций, обусловленных пищевым и водным факторами. Широкое распространение даже остаточного количества антибиотиков только усиливает воздействие на микробные системы всех живых организмов и среды их обитания, формируя опосредованный риск для здоровья человека. При этом рекомендовано тщательно экспериментальным путем изучать новые антибиотики перед внедрением их в практику [1]. Установлено, что систематическое загрязнение любой животноводческой продукции этими препаратами ухудшает ее качество, затрудняет проведение ветеринарно-санитарной экспертизы, обуславливает возникновение резистентных форм бактерий и проявление в будущем аллергических заболеваний у людей [1]. Аналогичная ситуация сложилась и в аквакультуре. Проведенный анализ антибиотикограмм микроорганизмов, выделенных из воды прудов и выращиваемой рыбы, показал их слабую чувствительность к левомицетину и тетрациклину, часто используемым в аквакультуре Московской области [3]. При этом чувствительность к левомицетину резко снижалась к концу рыбоводного сезона. Сделан вывод, что антибиотики в аквакультуре могут использоваться только в терапевтических целях и только после изучения антибиотикограмм изолированного возбудителя [3]. R-фактор множественной лекарственной устойчивости может путем коньюгации передаваться другим микроорганизмам, создавая проблему и с эпизоотической, и с эпидемиологической стороны. Ситуация по антибиотикорезистентности водной микрофлоры По результатам изучения протозойно-бактериальных болезней пресноводных рыб установлено, что в норме микробиоценоз поверхности тела рыб на 80,0 % представлен условно-патогенной грамнегативной флорой: аэромонадами, моракселлами, ацинетобактерами - и на 20,0 % - грампозитивной кокковой флорой [4]. Однако при патологических процессах микробный пейзаж рыб дополняется энтеробактериями и флавобактериями. В условиях эвтрофикации преимущество, как правило, получают бактерии, приспособленные к утилизации высокомолекулярной органики, а ими в водных биотопах являются преимущественно условно-патогенные микроорганизмы. Именно они первыми проникают во внутреннюю среду организма, нарушая гомеостаз, и обуславливают инфекционный процесс. При этом изменения кишечного микробиоценоза вызывают септический бактериоценоз по эндогенному пути. Проведено экспериментальное испытание ципрофлоксацина, цефтазидима, цефтриаксона, левомицетина, гентамицина и тетрациклина на их способность подавлять вышеназванные группы бактерий [4]. В результате проведенного исследования выявлена наибольшая активность ципрофлоксацина. Цефтриаксон был эффективен только против энтеробактерий, а гентамицин - против большинства вышеназванных штаммов возбудителей, несколько уступая ципрофлоксацину. Левомицетин и тетрациклин, часто используемые в аквакультуре, проявили низкую антибактериальную активность. Вместо антибиотиков были предложены и продемонстрирован значительный эффект антипротозойно-бактериальных препаратов «Антибак», «Атибак ПРО» и «Ихтиовит-Антибак» [4]. Бактериальные штаммы, выделенные из печени и мозга больных рыб (выращиваемого в Китае канального сома) с геморрагическим синдромом, на основании морфологических, биохимических и физиологических признаков идентифицированы как Aeromonas hydrophila. Они оказались чувствительны к пяти антибиотикам, включая цефоперазон, слабо чувствительны к трем препаратам, в том числе к стрептомицину, и резистентны к семи антибиотикам, включая ампициллин [5]. Анализ проб поверхностной воды позволил обнаружить присутствие офлоксацина, сульфаметоксазола, сульфадиазина, эритромицина и рокситромицина, среди которых преобладали сульфонамиды, а в донных отложениях - фторхинолоны. При этом отмечен высокий уровень накопления ципрофлоксацина и эритромицина у разводимых в прудах карпов, составляющий 3 262 и 4 492 мкг/кг соответственно [6]. Результаты исследований, проведенных в Европе, позволили говорить о значительной антибиотикорезистентности морской микрофлоры, выделенной из проб воды ряда рыбных ферм, расположенных у северного и южного итальянского побережья Адриатического моря. Авторами [7] отмечена частая встречаемость штаммов условно-патогенных микроорганизмов, резистентных только к тетрациклину (17,0 %), к триметоприм-сульфадиазину (7,0 %), а к флюмеквину - в 0,3 % штаммов. Сравнение изолятов бактерий с побережья и из районов рыбных ферм показало большое количество мультирезистентных штаммов (4,0 против 10,0 %) в районах интенсивной аквакультуры. Выявлены также значительные различия по встречаемости резистентных к антибиотикам бактериальных изолятов, выделенных из проб воды изучаемых 4-х ферм, что, вероятно, связано с различным подходом к управлению аквакультурой и более или менее частым использованием антибиотиков. Авторами [7] подчеркнуто, что резистентные к антибиотикам (особенно мультирезистентные) штаммы бактерий, циркулирующие в водоемах, напрямую участвуют в трофических цепях, представляя угрозу здоровью населения. Штаммы кишечной палочки E. cоli в значительных количествах были выделены в Италии из прибрежных морских седиментов (осевшие взвешенные частицы органического происхождения в виде фекальных комочков - пеллет, - присутствующие в эвтрофированных гидроэкосистемах). Все выделенные изоляты этих бактерий имели гены вирулентности и в 35,0 % случаев - устойчивость к антибиотикам. При этом у 14,0 % штаммов отмечена полирезистентность; она была наиболее выраженной по отношению к тетрациклину (28,0 %), ампициллину (16,5 %), триметоприму-сульфаметоксину (13,0 %) и стрептомицину (7,0 %). Сделан вывод, что прибрежные морские седименты могут быть пригодной и благоприятной средой для выживания устойчивых к антибиотикам штаммов бактерий [8]. Результаты комплексных исследований по антибиотикорезистентности водных и клинических штаммов условно-патогенной микрофлоры в крупнейших водоемах Сибири показали следующее [1]. Доминирующие в микробиоценозе р. Вилюй представители сем. Enterobacteriaceae и Vibrionaceaе проявили высокую активность к тобрамицину, гентамицину и амикацину, 13,9 % изолятов были устойчивы к ципрофлоксацину, 9,0 % - к цефоперазону, 16,3 % - к цефтазидиму, 4,6 % - к цефтизоксиму. Более 50,0 % тестируемых штаммов были резистентны к препаратам пенициллинового ряда, но чувствительны к тетрациклину и ампициллину. Похожие данные получены при изучении микробиоценоза р. Ангары (Иркутская область) и р. Лены - от ее верховья до впадения в море Лаптевых (Республика Саха, Якутия) [1]. Вся выделенная микрофлора имела множественную антибиотикорезистентность, которая была наиболее ярко выражена в антропотехногенном районе Якутии, где р. Лена является основной транспортной артерией этого региона, и составляла 66,7 % устойчивых штаммов. Ее показатели по мере удаления от района, подверженного антропогенезу, существенно снижались и составляли 67,7; 63,3 и 50,2 %. При этом максимальная частота встречаемости резистентных штаммов зарегистрирована в истоке Лены и районе г. Иркутска (58,4 и 64,6 % проб соответственно). Наибольшее количество резистентных культур было выявлено среди энтеробактерий: клебсиелл, кишечных палочек, энтеробактеров, серраций и иерсиний; среди аэромонад - только y A. hydrophila. При этом аэромонады имели устойчивость к антибиотикам в 1,3-3,6 раза ниже, чем энтеробактерии. Установлено, что условно-патогенные энтеробактерии и аутохтонные представители, изолированные из воды, характеризовались принадлежностью по индексам антибиотикорезистентности к четырем кластерам: чувствительные, моно-, умеренно- и полирезистентные. Показатели этих кластеров существенно варьировали в зависимости от географии или участка водоема и от уровня антропогенной нагрузки. Следовательно, гетерогенность микробных популяций условно-патогенных энтеробактерий отражает высокий адаптационный потенциал резистентности к химиопрепаратам, что может быть использовано в качестве инструмента оценки при биотестировании и как индикатор экологической нагрузки на водоемы [1]. Анализ антибиотикорезистентности 390 штаммов энтеробактерий, выделенных из внутренних водотоков г. Астрахани (Прямая и Кривая Болда, р. Царев, р. Кутум, Золотой Затон), пересекающих город в разных направлениях и характеризующихся малой водностью и проточностью, показал их высокую устойчивость к антибиотикам. В структуре этого семейства доминировали цитробактеры, протеи и энтеробактеры. Независимо от места отбора проб они проявляли максимальную чувствительность к тобрамицину и тетрациклину, затем по убывающей - к левомицетину, ампициллину, эритромицину, цефазолину и бензилпенициллину. В сезонном аспекте была установлена минимальная чувствительность ко всем тестируемым препаратам в начале июня, во время половодья в дельте р. Волги. Вероятно, это связано с попаданием в паводковые воды штаммов бактерий, устойчивых к антибиотикам. Только в осенний сезон, в октябре, чувствительность к этим химиопрепаратам вновь повысилась, достигая максимальных величин. Сделан вывод, что уровень антибиотикорезистентности энтеробактерий в городских водотоках г. Астрахани весьма значителен и определяется объемом паводковых вод, обусловленных сезонами года и близостью многочисленных промышленных пищевых предприятий к исследуемым водотокам [9]. В пользу этого свидетельствуют данные многолетнего мониторинга микробиоценоза гидроэкосистемы дельтовых районов р. Волги (вода, осетровые, сазан, судак, сом и др.), в котором доминировали штаммы тех же видов рр. Citrobacter, Proteus и Enterobacter (24,8; 32,7 и 20,0 % соответственно). Анализ материала показал, что 41,1 % протестированных штаммов были полирезистентны, проявляя минимальную устойчивость к тобрамицину и левомицетину, максимальную - к бензилпенициллину и ампициллину [10]. Загрязнение различными антибиотиками природных вод городских водотоков и дельтовых вод, куда они впадают, обусловило высокую устойчивость к этим препаратам у гидромикрофлоры и некоторых гидробионтов (осетра, бычков) по всей акватории Северного Каспия. Автором [11] не выявлено существенных различий по устойчивости к антибиотикам между речной и морской экосистемами как по районам исследований, так и по сезонам года. Во всех проанализированных биотопах вся изолированная микрофлора проявляла максимальную устойчивость к бензилпенициллину (85,0-85,5 %) и ампициллину (67,0-69,1 %); наименьшую - к левомицетину (14,8-15,2 %) и стрептомицину (17,8-19,0 %). Заключение Таким образом, анализ доступной литературы выявил чрезвычайно высокую антибиотикорезистентность условно-патогенной микрофлоры, циркулирующей в гидроэкосистемах и ее обитателях, под влиянием многолетнего антропогенного прессинга. Подчеркивается планетарный масштаб этой устойчивости к огромному числу лекарственных препаратов, обусловленный их нерациональным использованием в медицине, ветеринарии и аквакультуре. Следовательно, приведенные данные могут быть использованы в качестве маркеров экологического и эпидемиологического благополучия естественных и искусственных гидроэкосистем.
1. Анганова Е. В. Условно-патогенные энтеробактерии: доминирующие популяции, биологические свойства, медико-экологическая значимость: автореф. дис. … д-ра биол. наук. Иркутск, 2012. 44 с.
2. Poirel L., Potron A., De La Cuesta C., Cleary T. et al. Wild coastline birds as reservoirs of broad-spectrum - b-lactamase-producing Enterobacteriaceae in Miami Beach, Florida // Antimicrob. Agents and Chemother. 2012. V. 56. N. 5. P. 2756-2758.
3. Юхименко Л. Н., Гаврилкин К. В., Бычкова Л. И. Химиотерапия бактериальных болезней рыб, достоинства и недостатки // Проблемы патологии, иммунологии и охраны здоровья рыб и других гидробионтов: материалы Всерос. науч.-практ. конф. М., 2003. С. 142-143.
4. Гаврилин К. В. Протозойно-бактериальные болезни пресноводных рыб и меры борьбы с ними: автореф. дис. … д-ра биол. наук. М., 2011. 41 с.
5. Tong Gui-xiang, Li Xiao-zheng, Wei Xin-xian, Wu Xiang-qing, Lu Xiao-hua. Identification and antibiotic sensitivity of pathogen of intussusception disease found in channel catfish Ictalurus // J. Dalian Fish. Univ. 2009. V. 24. N. 6. P. 475-481.
6. Gao Lihong, Shi Yali, Li Wenhui, Liu Jiemin, Cai Yaqi. Присутствие, распределение и бионакопление антибиотиков в реке Хайхэ в Китае // J. Environ. Monit. 2012. N. 4 (14). P. 1248-1255.
7. Labella A., Gennari M., Ghidini V., Trento I., Manfrin A. High incidence of antibiotic multi-resistant bacteria in coastal areas dedicated to fish farming // Mar. Pollut. Bull. 2013. V. 70. N. 1-2. P. 197-203.
8. Vignaroli C., Luna G. M., Rinaldi C., Di Cesare A., Danovaro R., Biavasco F. New sequence types and multidrug resistance among pathogenic Escherichia coli isolates from coastal marine sediments // Appl. and Environ. Microbiol. 2012. V. 78. N. 11. P. 3916-3922.
9. Ларцева Л. В., Истелюева А. А. Геоэкологические особенности антибиотикорезистентности микрофлоры внутренних водотоков г. Астрахани // Геология, география и глобальная энергия. 2011. № 3 (42). С. 180-186.
10. Обухова О. В., Ларцева Л. В. Особенности антибиотикорезистентности энтеробактерий в дельте р. Волги // Гигиена и санитария. 2014. № 3. С. 21-23.
11. Лисицкая И. А. Бактериальные сообщества некоторых компонентов экосистемы дельты Волги и Северного Каспия: автореф. дис. … канд. биол. наук. Астрахань, 2008. 23 с.
