Экологическое распространение противомикробных фармацевтических препаратов и устойчивых к антибиотикам бактерий и устойчивых к антибиотикам генов стало глобальным явлением и многогранной угрозой. Для предотвращения дальнейшего обострения этой проблемы необходимы комплексные действия многих сторон. Хорошо организованные действия требуют четкого понимания проблемы, что может быть обеспечено частой переоценкой имеющихся знаний и распространением их среди соответствующих аудиторий. Целью настоящего обзорного документа является обсуждение вопроса о распространенности и распространенности противомикробных лекарственных средств в водной среде в контексте неблагоприятных последствий, непосредственно вызванных этими веществами, и угрозы, связанной с феноменом устойчивости к антибиотикам. Несколько классов противомикробных фармацевтических препаратов (аминогликозиды, β-лактамы, гликопептиды, макролиды, фторхинолоны, сульфаниламиды и триметоприм, тетрациклины) были отобраны для иллюстрации их источников, экологического изобилия, путей деградации (продуктов трансформации) и экологических последствий, включая их экотоксическое действие и распространение антибиотикорезистентности в пределах отсеков водной среды и очистных сооружений сточных вод. Очистные сооружения сточных вод действительно являются главным источником, ответственным за преобладание этих факторов в водной среде, поскольку в основном растения не предназначены для сохранения противомикробных лекарственных средств. Для ограничения распространения этих примесей в окружающей среде рекомендуется улучшить контроль над источниками, а также установить более строгие стандарты качества окружающей среды. Противодействие всем вышеперечисленным угрозам требует проведения комплексных мероприятий, основанных на сотрудничестве специалистов и ученых из различных областей науки или промышленности, таких как экология, медицина, Ветеринария, фармакология, Химическая технология и др.
1. Введение
Открытие противомикробных фармацевтических препаратов ( АПФ) рассматривается как одно из наиболее значительных достижений 20-го века, которое вместе с улучшенными программами гигиены и вакцинации революционизировало как человеческую, так и ветеринарную медицину (Carvalho and Santos, 2016 ; Berkner et al., 2014). На протяжении десятилетий антибиотики широко назначались для лечения инфекционных заболеваний у людей и животных. Кроме того, антибиотики используются в глобальном масштабе в животноводстве для увеличения производства мяса путем предотвращения инфекций и стимулирования роста ( Cycoń et al., 2019).
Наиболее часто применяемыми антимикробными препаратами во всех европейских странах были бета-лактамы, и среди них наиболее популярным подклассом были пенициллины, потребление которых колебалось от 36% (Германия) до 71% (Словения) от общего потребления в амбулаторных условиях ( ECDC, 2018 ). Например, в европейских странах средний общий объем потребления (включая общинный и больничный сектор) противомикробных лекарственных средств для системного использования оценивается в 23,4 определенных суточных дозы (DDD) на 1000 жителей в день, в диапазоне от 11,0 в Нидерландах до 34,1 в Испании ( ECDC, 2018). Данные из 27 европейских стран, включая 25 государств-членов ЕС и две страны ЕЭП (Исландия и Норвегия), свидетельствуют о том, что приблизительно 90% потребления антибактериальных лекарственных средств приходится на потребление вне стационара (т. е. в сообществе).
Глобальное потребление антибактериальных препаратов напрямую отражается на их присутствии в различных частях окружающей среды, в том числе в водной среде. Согласно оценкам, ежегодно в окружающую среду вносится несколько тысяч тонн противомикробных препаратов и продуктов их трансформации ( Ji et al., 2012; Harnisz et al., 2015а). Следует отметить, что в окружающей среде антимикробные препараты (т. е. природные антибиотики) могут встречаться естественным образом, но преобладает антропогенный источник загрязнения. Из-за последнего эти вещества можно классифицировать как ксенобиотики. Существует множество путей введения противомикробных препаратов в водную среду ( Michael et al., 2013; Kümmerer, 2009a). Загрязнение поверхностных вод, грунтовых вод и даже питьевой воды с помощью ПД может происходить из точечных источников и из неточечных источников ( Barbosa et al., 2016). Очень часто указывается, что основными источниками загрязнения противомикробными веществами являются станции очистки сточных вод (Ввтз). В Ввтпз АПС могут преимущественно подвергаться трансформации, биодеградации или сорбции на активированном иле и осадке в зависимости от технологии, используемой в ВВТПЗ, а также от физических, химических и биохимических свойств данного соединения ( Ternes and Joss, 2006 ). Однако в большинстве случаев такая обработка не полностью устраняет (минерализует) эти вещества, поэтому в результате их все еще можно обнаружить в очищенных сточных водах ( Лоос и др., 2013; Michael et al., 2013). Дальнейшая деградация ПП возможна, однако это является серьезной проблемой из-за различной эффективности, значительных инвестиционных и эксплуатационных затрат и необходимости интенсивного технического обслуживания ( Sochacki et al., 2018). Сброс условно очищенных сточных вод приводит к выбросу ПД в водоемы, включая ручьи, реки, озера и морскую среду ( Moldovsky, 2006 ; Lapworth et al., 2012). Эти соединения также могут достигать почвы и грунтовых вод, когда происходит мелиорация воды для целей орошения. В результате АП потенциально могут накапливаться в почвах, поглощаться сельскохозяйственными культурами или выщелачиваться в грунтовые воды ( Шенкер и др., 2011). К неточностным источникам антимикробных веществ в водной среде относятся: сточные или дренажные воды из сельскохозяйственных и животноводческих зон ( антропогенные или ветеринарные АП, вносимые на поля с навозом или в мелиорированные сточные воды), неконтролируемые свалки выщелачивания и другие виды выщелачивающих и дренажных потоков (Barbosa et al., 2016; Vymazal and Březinová, 2015). Ветеринарные препараты могут представлять собой основной источник загрязнения АТ в сельскохозяйственных районах или в водосборах, где преобладает сельскохозяйственная деятельность. По оценкам, в 2004 году в производство ветеринарных лекарственных средств в Европейском Союзе было поставлено 5393 тонны антибиотиков ( Kools et al., 2008). Ветеринарные препараты могут распространяться в окружающей среде различными путями. Наиболее значимыми источниками ветеринарных препаратов являются фермы и аквакультуры, а также ненадлежащая утилизация использованных контейнеров и неиспользуемых лекарственных средств или кормов для скота. Применение большого количества ветеринарных препаратов в выращивании крупного рогатого скота является главным источником лекарственных средств для наземной среды ( Bártíkova et al., 2016; Knäbel et al., 2016).