DOI: https://doi.org/10.3389/fmicb.2025.1729855
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41623623
تاريخ النشر: 2026-01-15
المؤلف: Anícia Vitória Lins Gomes وآخرون
الموضوع الرئيسي: التأثيرات البيئية للأدوية والمضادات الحيوية
نظرة عامة
تدرس هذه الدراسة تأثير الري بالمياه المعالجة ذات الجودة الميكروبيولوجية المتغيرة على انتقال البكتيريا المقاومة للمضادات الحيوية (ARB) وجينات مقاومة المضادات الحيوية (ARGs) إلى نباتات الخس، مقارنتها بالمياه الصالحة للشرب كتحكم. قام الباحثون بتحديد مؤشرات بكتيرية، تحديدًا *Escherichia coli* و *E. coli* المنتجة للبيتا-لاكتاماز ذات الطيف الممتد (ESBL-E. coli)، جنبًا إلى جنب مع ARGs ($bla\ CTX-M-1$, $bla\ TEM$, $sul1$, $tetA$)، باستخدام طرق قائمة على الثقافة وPCR الكمي (qPCR). تشير النتائج إلى أن *E. coli* وESBL-E. coli كانت موجودة باستمرار في المحاصيل المروية بالمياه المعالجة ثانويًا، بينما كانت هذه المسببات غائبة في المحاصيل المروية بالمياه المعالجة ثلاثيًا والمياه الصالحة للشرب. من الجدير بالذكر أن المياه المعالجة ثانويًا أظهرت أعلى مستويات من ARGs، والتي تم تقليلها بشكل كبير ولكن لم يتم القضاء عليها تمامًا بواسطة المعالجة الثلاثية.
تؤكد الخاتمة على أنه بينما تشكل المياه العادمة المعالجة ثانويًا خطرًا على إدخال ARB وARGs إلى المحاصيل، فإن استخدام المياه المعالجة ثلاثيًا يقلل بشكل كبير من هذا الخطر. وجدت الدراسة أن انتقال ARGs إلى الخس كان ضئيلًا، حيث كانت المستويات على النباتات تمثل فقط 4% و6% من تلك الموجودة في المياه العادمة المعالجة ثلاثيًا وثانويًا، على التوالي. تشير غياب الفروقات الكبيرة في اكتشاف البكتيريا وتراكم ARG بين المياه الصالحة للشرب والمياه المعالجة ثلاثيًا إلى أن كلاهما آمن للاستخدام الزراعي في ظل ظروف محكومة. ومع ذلك، فإن وجود بعض جينات المقاومة في الشتلات والفروقات المحدودة في نتائج المعالجة تشير إلى أن عوامل إضافية، مثل بقاء الجينات وتفاعلات النبات مع الميكروبات، تلعب أيضًا دورًا حاسمًا في ديناميات المقاومة في الخس. بشكل عام، تؤكد الأبحاث على أهمية المعالجة المتقدمة للمياه العادمة لضمان ممارسات زراعية آمنة.
مقدمة
تسلط المقدمة الضوء على التحديات العالمية الملحة المتعلقة بندرة المياه والحاجة إلى إنتاج غذائي مستدام، مما يبرز أهمية استراتيجيات إدارة المياه المبتكرة. تشير منظمة الأغذية والزراعة (FAO) إلى أن أكثر من 1,660 مليون هكتار من الأراضي تدهورت بسبب الأنشطة البشرية، مما يستدعي إعادة استخدام المياه المعالجة وغير المعالجة للري الزراعي. هذه الممارسة تتوسع عالميًا، خاصة في المناطق التي تعاني من ندرة المياه، وتدعمها المفوضية الأوروبية لتخفيف ضغوط إمدادات المياه العذبة. ومع ذلك، فإن استخدام المياه المستعادة يشكل مخاطر صحية عامة كبيرة بسبب احتمال تلوث المحاصيل بالبكتيريا المقاومة للمضادات الحيوية (ARB) وجينات مقاومة المضادات الحيوية (ARGs)، خاصة وأن هذه المنتجات غالبًا ما تؤكل نيئة.
تتناول المقدمة أيضًا دور محطات معالجة المياه العادمة (WWTPs) كمراكز لنشر ARB وARG، نظرًا لحمولتها البكتيرية العالية وبقايا المضادات الحيوية. على الرغم من وجود لوائح تحدد معايير ميكروبيولوجية لإعادة استخدام المياه، فإن بقاء ARGs في النفايات المعالجة يثير القلق بشأن إدخالها إلى المحاصيل أثناء الري. أظهرت الدراسات السابقة نتائج مختلطة بشأن تأثير المياه العادمة المعالجة على مستويات ARG في المحاصيل، مما يشير إلى أن عوامل بيئية مختلفة تؤثر على هذا النقل. تهدف هذه الدراسة إلى التحقيق في انتقال ARB وARGs، مع التركيز بشكل خاص على *Escherichia coli* و *E. coli* المنتجة للبيتا-لاكتاماز ذات الطيف الممتد (ESBL)، في الخس المروى بالمياه العادمة المعالجة ثانويًا وثلاثيًا في ظل ظروف محكومة.
طرق
في هذه الدراسة، تم إجراء تجارب في غرفة نمو محكومة مصممة لمحاكاة ظروف البيوت الزجاجية التجارية، مع فترة ضوء/ظلام لمدة 12 ساعة، ودرجات حرارة تتراوح بين 18°C و23°C، ورطوبة نسبية 75%. تم تخصيص شتلات الخس التي تبلغ من العمر أسبوعين إلى ثلاثة علاجات ري متميزة، كل منها يتكون من أربع صواني تحتوي على 234 نبتة لكل صينية، والتي تم تجميعها لاحقًا للتحليل. كان الهدف هو تقييم النقل المحتمل للبكتيريا المقاومة للمضادات الحيوية (ARB) وجينات مقاومة المضادات الحيوية (ARGs) من المياه إلى المحاصيل.
شملت أنظمة الري: (1) المياه الصالحة للشرب (مياه الصنبور البلدية، والتي تعمل كتحكم)، تم ريها بالرش كل يومين حتى اليوم 15؛ (2) المياه العادمة المعالجة ثانويًا، والتي تم ريها أيضًا بالرش كل يومين؛ و(3) المياه العادمة المعالجة ثلاثيًا، باستخدام مياه معقمة بالكلور المستعاد وتم ريها بالرش كل يومين. تُشار إلى هذه العلاجات باسم “المياه الصالحة للشرب” (تحكم)، “المياه المعالجة ثانويًا” (ثانوي)، و”المياه المعالجة ثلاثيًا” (ثلاثي) طوال المخطوطة. لضمان موثوقية النتائج، تم تكرار التجارب مرتين (n = 2).
نتائج
يقدم قسم “النتائج” من ورقة البحث النتائج الرئيسية المستمدة من التجارب أو التحليلات التي تم إجراؤها. عادةً ما يتضمن بيانات كمية، وتحليلات إحصائية، وتمثيلات بيانية توضح نتائج الدراسة. غالبًا ما تتم مقارنة النتائج مع الفرضيات أو الأهداف الأولية الموضحة في المقدمة، مما يظهر ما إذا كانت العلاقات أو التأثيرات المتوقعة قد لوحظت.
في هذا القسم، يتم تسليط الضوء على النتائج المهمة، بما في ذلك أي مقاييس ذات صلة، مثل قيم p، وفترات الثقة، أو أحجام التأثير، التي توفر رؤى حول موثوقية وأهمية النتائج. بالإضافة إلى ذلك، قد يتم وضع النتائج في سياق الأدبيات الأوسع، مما يشير إلى كيفية مساهمتها في الجسم المعرفي الحالي في هذا المجال. بشكل عام، يخدم هذا القسم لتوصيل الأدلة التجريبية التي تدعم استنتاجات الدراسة بوضوح.
مناقشة
في هذه الدراسة، تم تقييم تأثير مصادر مياه الري المختلفة على انتشار *Escherichia coli* (E. coli) و *E. coli* المنتجة للبيتا-لاكتاماز ذات الطيف الممتد (ESBL)، فضلاً عن انتقال جينات مقاومة المضادات الحيوية (ARGs) إلى خس الأطفال، طوال دورة النمو. تم تحليل المياه العادمة المعالجة من محطة معالجة المياه العادمة (WWTP) في منطقة مورسيا، إسبانيا، جنبًا إلى جنب مع المياه الصالحة للشرب. أشارت النتائج إلى أن المياه المعالجة ثانويًا كانت تحتوي باستمرار على مستويات أعلى من كل من E. coli وE. coli المنتجة للبيتا-لاكتاماز مقارنة بالمياه الصالحة للشرب والمياه المعالجة ثلاثيًا، والتي كانت تحت حد الكشف (LOD). على وجه التحديد، احتوت 100% من عينات المياه المعالجة ثانويًا على E. coli قابلة للاكتشاف، مع تركيز متوسط يبلغ 4.59 log10 CFU/100 mL، مما يبرز إمكانيته كمصدر للبكتيريا المقاومة للمضادات الحيوية (ARB).
كما قامت الدراسة بتقييم انتشار ومستويات أربعة ARGs رئيسية (bla CTX-M-1، bla TEM، sul1، وtetA) عبر مصادر المياه المختلفة وفي عينات الخس. أظهرت المياه المعالجة ثانويًا أعلى وفرة مطلقة من ARGs، بينما أظهرت المياه الصالحة للشرب تلوثًا ضئيلًا. أظهر الخس المروى بالمياه المعالجة ثانويًا اتجاهًا نحو ارتفاع انتشار وتركيزات هذه الجينات مقارنة بتلك المروية بالمياه الصالحة للشرب أو المياه المعالجة ثلاثيًا. تؤكد هذه النتائج على ضرورة وجود عمليات معالجة متقدمة للتخفيف من خطر انتقال ARB وARG إلى المحاصيل، خاصة عند استخدام النفايات المعالجة ثانويًا للري. تؤكد النتائج على أهمية ضمان السلامة الميكروبيولوجية في ممارسات الري لحماية سلامة الغذاء والصحة العامة.
DOI: https://doi.org/10.3389/fmicb.2025.1729855
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41623623
Publication Date: 2026-01-15
Author(s): Anícia Vitória Lins Gomes et al.
Primary Topic: Pharmaceutical and Antibiotic Environmental Impacts
Overview
This study investigates the impact of irrigation with treated wastewater of varying microbiological quality on the transmission of antibiotic-resistant bacteria (ARB) and antimicrobial resistance genes (ARGs) to lettuce plants, comparing it to potable water as a control. The researchers quantified bacterial indicators, specifically *Escherichia coli* and extended-spectrum β-lactamase-producing *E. coli* (ESBL-E. coli), along with ARGs ($bla\ CTX-M-1$, $bla\ TEM$, $sul1$, $tetA$), using culture-based methods and quantitative PCR (qPCR). The findings indicate that *E. coli* and ESBL-E. coli were consistently present in crops irrigated with secondary-treated water, while these pathogens were absent in crops irrigated with tertiary-treated and potable water. Notably, secondary-treated water exhibited the highest levels of ARGs, which were significantly reduced but not entirely eliminated by tertiary treatment.
The conclusion emphasizes that while secondary-treated wastewater poses a risk for the introduction of ARB and ARGs into crops, the use of tertiary-treated water significantly mitigates this risk. The study found that the transfer of ARGs to lettuce was minimal, with levels on the plants being only 4% and 6% of those found in tertiary and secondary-treated wastewater, respectively. The absence of significant differences in bacterial detection and ARG accumulation between potable and tertiary-treated water suggests both are safe for agricultural use under controlled conditions. However, the presence of certain resistance genes in seedlings and the limited differences in treatment outcomes indicate that additional factors, such as gene persistence and plant-microbiota interactions, also play a crucial role in resistance dynamics in lettuce. Overall, the research underscores the importance of advanced wastewater treatment to ensure safe agricultural practices.
Introduction
The introduction highlights the pressing global challenges of water scarcity and the need for sustainable food production, emphasizing the importance of innovative water management strategies. The Food and Agriculture Organization (FAO) reports that over 1,660 million hectares of land are degraded due to human activities, necessitating the reuse of treated and untreated wastewater for agricultural irrigation. This practice is expanding globally, particularly in water-scarce regions, and is supported by the European Commission to alleviate freshwater supply pressures. However, the use of reclaimed water poses significant public health risks due to the potential contamination of crops with antibiotic-resistant bacteria (ARB) and antibiotic resistance genes (ARGs), especially since these products are often consumed raw.
The introduction further discusses the role of wastewater treatment plants (WWTPs) as hotspots for ARB and ARG dissemination, given their high bacterial loads and antibiotic residues. Despite regulations setting microbiological criteria for water reuse, the persistence of ARGs in treated effluents raises concerns about their introduction into crops during irrigation. Previous studies have shown mixed results regarding the impact of treated wastewater on ARG levels in crops, suggesting that various environmental factors influence this transfer. This study aims to investigate the transmission of ARB and ARGs, specifically focusing on Escherichia coli and extended-spectrum β-lactamase (ESBL)-producing E. coli, in lettuce irrigated with secondary and tertiary treated wastewater under controlled conditions.
Methods
In this study, experiments were conducted in a controlled growth chamber designed to mimic commercial greenhouse conditions, featuring a 12-hour light/dark photoperiod, temperatures between 18°C and 23°C, and 75% relative humidity. Two-week-old lettuce seedlings were allocated into three distinct irrigation treatments, each consisting of four trays with 234 plantlets per tray, which were later pooled for analysis. The aim was to evaluate the potential transmission of antimicrobial-resistant bacteria (ARB) and antibiotic resistance genes (ARGs) from water to crops.
The irrigation regimes included: (1) potable water (municipal tap water, serving as the control), spray-irrigated every two days until day 15; (2) secondary treated wastewater, also spray-irrigated every two days; and (3) tertiary treated wastewater, utilizing reclaimed chlorine-disinfected water and similarly spray-irrigated every two days. These treatments are referred to as “potable water” (control), “secondary-treated water” (secondary), and “tertiary-treated water” (tertiary) throughout the manuscript. To ensure the reliability of the results, the experiments were replicated twice (n = 2).
Results
The “Results” section of the research paper presents the key findings derived from the conducted experiments or analyses. It typically includes quantitative data, statistical analyses, and graphical representations that illustrate the outcomes of the study. The results are often compared against the initial hypotheses or objectives outlined in the introduction, demonstrating whether the expected relationships or effects were observed.
In this section, significant results are highlighted, including any relevant metrics, such as p-values, confidence intervals, or effect sizes, which provide insight into the reliability and significance of the findings. Additionally, the results may be contextualized within the broader literature, indicating how they contribute to the existing body of knowledge in the field. Overall, this section serves to clearly communicate the empirical evidence supporting the study’s conclusions.
Discussion
In this study, the impact of different irrigation water sources on the prevalence of *Escherichia coli* (E. coli) and extended-spectrum beta-lactamase (ESBL)-producing E. coli, as well as the transfer of antimicrobial resistance genes (ARGs) to baby lettuce, was evaluated throughout the growth cycle. Treated wastewater from a wastewater treatment plant (WWTP) in the Region of Murcia, Spain, was analyzed alongside potable water. Results indicated that secondary-treated water consistently harbored higher levels of both E. coli and ESBL-producing E. coli compared to potable and tertiary-treated water, which were below the limit of detection (LOD). Specifically, 100% of secondary-treated water samples contained detectable E. coli, with a mean concentration of 4.59 log10 CFU/100 mL, highlighting its potential as a reservoir for antimicrobial-resistant bacteria (ARB).
The study also assessed the prevalence and absolute levels of four key ARGs (bla CTX-M-1, bla TEM, sul1, and tetA) across different water sources and in lettuce samples. Secondary-treated water exhibited the highest absolute abundances of ARGs, while potable water showed minimal contamination. Lettuce irrigated with secondary-treated water demonstrated a trend toward higher prevalence and concentrations of these genes compared to those irrigated with potable or tertiary-treated water. These findings underscore the necessity for advanced treatment processes to mitigate the risk of ARB and ARG transfer to crops, particularly when using secondary-treated effluents for irrigation. The results emphasize the importance of ensuring microbiological safety in irrigation practices to protect food safety and public health.