Тип источника воды и мобильные генетические элементы связаны с устойчивостью к антибиотикам — исследование

Водные экосистемы считаются резервуаром и источником устойчивости к противомикробным препаратам: в них оказываются остатки антибиотиков и устойчивые микроорганизмы из сточных вод, животноводства и аквакультуры. Ранее в источниках питьевой воды обнаруживали гены устойчивости, и показано, что традиционная очистка не всегда удаляет их полностью. Однако мониторинг обычно ограничен отдельными веществами или точечными участками, поэтому взаимосвязь между присутствием антибиотиков, генами устойчивости и фенотипической устойчивостью бактерий изучена слабо. Речные потоки, закрытые водоемы и открытые озёра различаются по степени загрязнения и гидрологии. В бассейне озера Поян, который обеспечивает питьевой водой примерно 45 миллионов человек, учёным потребовалась комплексная сравнительная оценка, чтобы выделить приоритетные участки и факторы, связанные с устойчивостью. Авторы исследования выделили тип источника воды и мобильные генетические элементы как ключевые факторы, связанные с обилием генов устойчивости.

Исследователи отобрали пробы из восьми речных истоков и пяти источников, классифицированных как водохранилища, в декабре 2024 года и в июне 2025 года, что отражает условия зимнего маловодья и летнего многоводья. В эту вторую группу вошло и открытое мелководное озеро Поянгу, гидрологически отличающееся от четырёх закрытых водоёмов. Пробы анализировали на 46 антибиотиков с помощью сверхэффективной жидкостной хроматографии в сочетании с тандемной масс-спектрометрией (UPLC–MS/MS), количественно определяли восемь генов устойчивости и ген интегразы с помощью количественной ПЦР (qPCR) и оценивали чувствительность к антибиотикам у 178 культивируемых бактериальных изолятов. Анализ источников загрязнения, оценка экологического риска и модель частичных наименьших квадратов (PLS) позволили связать эти измерения с сезоном, качеством воды и типом источника.

В пробах обнаружили 13 антибиотиков: наибольшие концентрации зафиксировали для флорфеникола и сульфаметоксазола — 72,85 и 30,51 нанограмм на литр соответственно. Анализ источников указывал на животноводство, бытовые сточные воды и аквакультуру как вероятные вкладчики загрязнения. На некоторых участках реки Ган ципрофлоксацин, норфлоксацин и эритромицин представляли умеренный или высокий экологический риск. Гены устойчивости встречались чаще летом; доминировали гены устойчивости к сульфонамидам, их количество оценивалось примерно от 6 300 до 16 000 000 копий на литр.

Речные источники обычно демонстрировали более высокий риск, связанный с генами устойчивости, тогда как участок озера Поянгу также выделялся летом. Модель причинно‑следственных путей показала, что мобильные генетические элементы являются самым сильным прямым коррелятом обилия генов устойчивости, при этом тип источника вносит значительный вклад; сезонные эффекты действовали в основном косвенно, через мобильные генетические элементы. Среди культивируемых изолятов наибольшая частота фенотипической устойчивости была к линкомицину — 75,84% и к пенициллину — 53,95%. Изоляты из речных образцов демонстрировали значительно более высокую устойчивость к этим двум антибиотикам. Вместе с тем средние показатели множественной антибиотикорезистентности оставались низкими в оба сезона, и общая разница между речной и водохранищной группами не была статистически значимой. Сравнение избранных изолятов показало также, что наличие гена устойчивости не всегда соответствует устойчивости в лабораторных тестах, что подчёркивает ценность сочетания химических, генетических и бактериальных измерений при оценке устойчивости в окружающей среде.

В целом результаты исследования поддерживают идею дифференцированного мониторинга: особое внимание следует уделять истокам рек, суббассейну реки Ган и озеру Поянгу. Исследование демонстрирует, почему параллельная оценка генов устойчивости и чувствительности бактерий вместе с определением остатков антибиотиков важна для полной картины. Более широкий генетический скрининг и повторные отборы проб могли бы уточнить приоритеты наблюдения.

Поскольку в работе изучалась исходная (сырая) вода, её результаты выявляют экологические проблемы, требующие решения, но не доказывают воздействие на людей через очищенную питьевую воду или передачу через неё.