DOI: https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2025.138833
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/40494242
تاريخ النشر: 2025-06-04
المؤلف: Kornelia Stefaniak وآخرون
الموضوع الرئيسي: التأثيرات البيئية للأدوية والمضادات الحيوية
نظرة عامة
تقدم هذه القسم مسردًا للمصطلحات الرئيسية المتعلقة بمقاومة المضادات الحيوية وآثارها البيئية. يعرّف العديد من الاختصارات، بما في ذلك AR (مقاومة المضادات الحيوية)، ARB (البكتيريا المقاومة للمضادات الحيوية)، وARG (جين مقاومة المضادات الحيوية)، مع تسليط الضوء على أهميتها في سياق الصحة العامة وعلم الأحياء الدقيقة. بالإضافة إلى ذلك، يذكر أنواعًا محددة من المقاومة، مثل ESBL (بيتا لاكتاماز ذات الطيف الممتد) وVRE (إنترococcus المقاوم للفانكومايسين)، والتي تعتبر حاسمة لفهم آليات المقاومة في مجموعات بكتيرية مختلفة.
كما يقدم النص مصطلحات مرتبطة بالعمليات والتقييمات البيئية، مثل LCA (تقييم دورة الحياة) وWWTP (محطة معالجة مياه الصرف الصحي)، مما يشير إلى أهمية تقييم تأثير مقاومة المضادات الحيوية في السياقات البيئية. علاوة على ذلك، يشير إلى منهجيات مثل PF (عملية فوتو-فينتون) ودور الأنواع التفاعلية، مثل ROS (الأنواع التفاعلية للأكسجين)، في مكافحة البكتيريا المقاومة. هذه النظرة العامة تمهد الطريق لمناقشة شاملة حول التحديات التي تطرحها مقاومة المضادات الحيوية في كل من الإعدادات السريرية والبيئية.
مقدمة
أحدثت مقدمة المضادات الحيوية تقدمًا كبيرًا في الطب، ومع ذلك، أدى الارتفاع العالمي في استهلاك هذه المضادات الميكروبية إلى زيادة المخاوف البيئية، لا سيما فيما يتعلق بمياه الصرف الصحي في المستشفيات. تحتوي هذه المياه على تركيزات عالية من المضادات الحيوية وملوثات دقيقة أخرى، والتي يتم معالجتها بشكل غير كافٍ قبل تصريفها في الأنظمة البلدية. تشكل هذه النفايات مخاطر على الصحة العامة والبيئة من خلال تسهيل انتشار البكتيريا المقاومة للمضادات الحيوية (ARB) وجينات مقاومة المضادات الحيوية (ARGs). وجود بكتيريا مقاومة متعددة الأدوية (MDRB) في مياه الصرف الصحي بالمستشفيات يزيد من تفاقم هذه المشكلة، حيث يمكن لهذه العوامل الممرضة نقل آليات المقاومة من خلال عمليات نقل الجينات الأفقية (HGT)، بما في ذلك الاقتران، والتحول، والنقل.
تؤكد الورقة على ضرورة وجود تقنيات معالجة مسبقة فعالة لمياه الصرف الصحي في المستشفيات للتخفيف من إطلاق ARB وARGs إلى البيئة. تستعرض طرق التعقيم المختلفة، مثل الكلور، والأوزون، والأشعة فوق البنفسجية (UV)، التي تم استخدامها لتقليل الأعداد الميكروبية في مياه الصرف. يهدف المؤلفون إلى تجميع المعرفة الحالية حول فعالية هذه التقنيات المسبقة، مع تسليط الضوء على إمكانياتها لحماية الصحة العامة والبيئة من التهديد المتزايد لمقاومة المضادات الحيوية. تستند المراجعة إلى الحاجة الملحة للتصدي للزيادة المتزايدة في انتشار العدوى التي تسببها MDRB، والتي تشكل تحديات كبيرة لأنظمة الرعاية الصحية في جميع أنحاء العالم.
الطرق
في هذا القسم، يحدد المؤلفون المنهجيات المستخدمة في دراستهم حول تعقيم مياه الصرف الصحي، مع التركيز بشكل خاص على القضاء على البكتيريا المقاومة للمضادات الحيوية (ARB) وجينات مقاومة المضادات الحيوية (ARGs). تم إجراء مراجعة منهجية وفقًا لإرشادات PRISMA-ScR، توضح أهداف البحث، ومعايير الإدراج/الاستبعاد، ومصادر البيانات. تم تقييم طرق التعقيم المختلفة، بما في ذلك الكلور، والأوزون، والأشعة فوق البنفسجية، وعمليات الأكسدة المتقدمة (AOPs)، لفعاليتها في تحلل ARB وARGs. يؤكد المؤلفون أنه بينما يمكن أن تقلل طرق التعقيم بشكل كبير من ARB، فإن تقليل ARGs غالبًا ما يكون تأثيرًا ثانويًا، مما يتطلب اختيارًا دقيقًا لتقنيات التعقيم لتحسين النتائج.
تناقش الورقة أيضًا العواقب غير المقصودة لطرق التعقيم، مثل إنتاج نواتج ثانوية سامة وإمكانية زيادة مقاومة المضادات الحيوية بسبب المعالجة غير الكافية. كما يتم النظر في الآثار الاقتصادية لطرق التعقيم المختلفة، مع تسليط الضوء على التوازن بين الفعالية والتكلفة. تقنيات متقدمة، بما في ذلك استخدام المحفزات الضوئية ومجموعات من طرق التعقيم، مقترحة كطرق واعدة لتعزيز تحلل المضادات الحيوية وARGs. يستنتج المؤلفون أنه بينما لا توجد طريقة واحدة فعالة عالميًا، قد تؤدي مجموعة من الأساليب المصممة خصيصًا لخصائص مياه الصرف المحددة إلى تحقيق أفضل النتائج في التخفيف من انتشار مقاومة المضادات الحيوية في البيئة.
المناقشة
تحدد قسم المناقشة في ورقة البحث فعالية طرق التعقيم المختلفة في إزالة البكتيريا المقاومة للمضادات الحيوية (ARB) وجينات مقاومة المضادات الحيوية (ARGs) من مياه الصرف. حددت مراجعة الأدبيات، التي أجريت وفقًا لإرشادات PRISMA، 145 مقالة نشرت بين عامي 2002 و2023، تركز على الكلمات الرئيسية المتعلقة بطرق التعقيم مثل UV، والأوزون، والكلور. تشير النتائج إلى أن تعقيم UV فعال في القضاء على ARB، خاصة البكتيريا إيجابية الجرام، ولكنه أقل فعالية بالنسبة لـ ARGs، التي تتطلب جرعات UV أعلى بكثير للتحلل الفعال. من الجدير بالذكر أن إعادة تنشيط الضوء تشكل خطرًا على إعادة تنشيط ARB بعد المعالجة.
يتم تسليط الضوء على الأوزون كمعقم قوي يقوم بتعطيل ARB بشكل فعال، حيث أظهرت الدراسات انخفاضات كبيرة في كل من ARB وARGs عند جرعات الأوزون المناسبة. ومع ذلك، يمكن أن تعيق وجود المواد العضوية في مياه الصرف فعاليته. بينما تم استخدام الكلور على نطاق واسع بسبب تكلفته المنخفضة، فقد أظهرت الدراسات أنه ينتج نواتج ثانوية ضارة وقد يعزز بشكل غير مقصود انتشار ARGs من خلال نقل الجينات الأفقي. تقترح عمليات الأكسدة المتقدمة (AOPs)، التي تجمع بين الطرق التقليدية مع الأنواع التفاعلية، كبدائل واعدة لتعزيز إزالة ARB وARGs، على الرغم من الحاجة إلى مزيد من البحث لتحسين هذه التقنيات وتقييم تأثيرها البيئي. بشكل عام، تؤكد الورقة على تعقيد تعقيم مياه الصرف والحاجة إلى أساليب مصممة خصيصًا لإدارة ARB وARGs بشكل فعال.
DOI: https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2025.138833
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/40494242
Publication Date: 2025-06-04
Author(s): Kornelia Stefaniak et al.
Primary Topic: Pharmaceutical and Antibiotic Environmental Impacts
Overview
The section provides a glossary of key terms related to antibiotic resistance and its environmental implications. It defines several acronyms, including AR (antibiotic resistance), ARB (antibiotic-resistant bacteria), and ARG (antibiotic resistance gene), highlighting their relevance in the context of public health and microbiology. Additionally, it mentions specific types of resistance, such as ESBL (extended-spectrum beta-lactamases) and VRE (vancomycin-resistant Enterococci), which are critical in understanding the mechanisms of resistance in various bacterial populations.
The text also introduces terms associated with environmental processes and assessments, such as LCA (life cycle assessment) and WWTP (wastewater treatment plant), indicating the importance of evaluating the impact of antibiotic resistance in ecological contexts. Furthermore, it references methodologies like the PF (photo-Fenton process) and the role of reactive species, such as ROS (reactive oxygen species), in combating resistant bacteria. This overview sets the stage for a comprehensive discussion on the challenges posed by antibiotic resistance in both clinical and environmental settings.
Introduction
The introduction of antibiotics marked a significant advancement in medicine, yet the rising global consumption of these antimicrobials has led to increased environmental concerns, particularly regarding hospital wastewater. This wastewater contains high concentrations of antibiotics and other micropollutants, which are inadequately treated before being discharged into municipal systems. Such effluents pose risks to public health and the environment by facilitating the spread of antibiotic-resistant bacteria (ARB) and antibiotic resistance genes (ARGs). The presence of multidrug-resistant bacteria (MDRB) in hospital wastewater exacerbates this issue, as these pathogens can transfer resistance mechanisms through horizontal gene transfer (HGT) processes, including conjugation, transformation, and transduction.
The paper emphasizes the necessity of effective pretreatment technologies for hospital wastewater to mitigate the release of ARB and ARGs into the environment. It reviews various disinfection methods, such as chlorination, ozonation, and ultraviolet (UV) radiation, which have been employed to reduce microbial counts in wastewater. The authors aim to synthesize current knowledge on the efficacy of these pretreatment techniques, highlighting their potential to protect public health and the environment from the growing threat of antibiotic resistance. The review is motivated by the urgent need to address the increasing prevalence of infections caused by MDRB, which pose significant challenges for healthcare systems worldwide.
Methods
In this section, the authors outline the methodologies employed in their study on wastewater disinfection, particularly focusing on the elimination of antibiotic-resistant bacteria (ARB) and antibiotic resistance genes (ARGs). A systematic review was conducted following the PRISMA-ScR guidelines, detailing the research objectives, inclusion/exclusion criteria, and data sources. Various disinfection methods, including chlorination, ozonation, UV radiation, and advanced oxidation processes (AOPs), were evaluated for their effectiveness in degrading ARB and ARGs. The authors emphasize that while disinfection methods can significantly reduce ARB, the reduction of ARGs is often a secondary effect, necessitating careful selection of disinfection techniques to optimize outcomes.
The paper further discusses the unintended consequences of disinfection methods, such as the production of toxic by-products and the potential for increased antibiotic resistance due to inadequate treatment. The economic implications of different disinfection methods are also considered, highlighting the balance between effectiveness and cost. Advanced techniques, including the use of photocatalysts and combinations of disinfection methods, are suggested as promising avenues for enhancing the degradation of antibiotics and ARGs. The authors conclude that while no single method is universally effective, a combination of approaches tailored to specific wastewater characteristics may yield the best results in mitigating the spread of antibiotic resistance in the environment.
Discussion
The discussion section of the research paper outlines the effectiveness of various disinfection methods in removing antibiotic-resistant bacteria (ARB) and antibiotic resistance genes (ARGs) from wastewater. The literature review, conducted according to PRISMA guidelines, identified 145 articles published between 2002 and 2023, focusing on keywords related to disinfection methods such as UV, ozonation, and chlorination. The findings indicate that UV disinfection is effective in eliminating ARB, particularly Gram-positive bacteria, but less so for ARGs, which require significantly higher UV doses for effective degradation. Notably, photoreactivation poses a risk of ARB reactivation post-treatment.
Ozonation is highlighted as a strong disinfectant that effectively inactivates ARB, with studies showing substantial reductions in both ARB and ARGs at appropriate ozone doses. However, the presence of organic matter in wastewater can hinder its effectiveness. Chlorination, while widely used due to its low cost, has been shown to produce harmful by-products and may inadvertently promote the spread of ARGs through horizontal gene transfer. Advanced oxidation processes (AOPs), which combine traditional methods with reactive species, are suggested as promising alternatives for enhancing the removal of ARB and ARGs, although further research is needed to optimize these techniques and assess their environmental impact. Overall, the paper emphasizes the complexity of wastewater disinfection and the need for tailored approaches to effectively manage ARB and ARGs.