 |
  |
|||
 |
 |
|||
|---|---|---|---|---|
|
Антибиотикорезистентность условно-патогенных бактерий на животноводческих предприятиях в районах с различным уровнем техногенного загрязненияУДК 619:636.5.033:578.347 Кривоногова А. С., Логинов Е. А., Исаева А. Г., Беспамятных Е. Н., Лысова Я. Ю., Моисеева К. В. Федеральное Кризис распространения антимикробной резистентности (далее, АМР) с каждым годом углубляется, несмотря на большое количество мер локального, национального и наднационального масштаба. В настоящее время даже полный отказ от использования антибиотиков в медицине и сельском хозяйстве уже не приведет к ликвидации АМР, а только лишь замедлит её распространение. Микробиомы, связанные с человеком, домашними животными, сельскохозяйственными животными, продуктами питания практически полностью контаминированы генами резистентности и устойчивыми бактериями [13, 14, 15]. И в настоящее время наблюдается тенденция к увеличению количества мультирезистентных штаммов (multidrug resistant, MDR), имеющих устойчивость к антимикробным препаратам, относящимся к 2 и более классам. Кроме того, всё чаще появляются штаммы с экстремально широкой устойчивостью (extremely drug resistant, XDR), сохранившие чувствительность только к 1-2 классам антибиотиков, а иногда и панрезистентные штаммы, не восприимчивые ни к одному антимикробному препарату (АМП). В связи с растущей угрозой распространения АМР не прекращаются поиски новых действующих веществ, препаратов, способов для дополнения или замены традиционных терапевтических и технологических подходов в медицине, ветеринарии, сельском хозяйстве. В животноводстве активно исследуют перспективы применения фитобиотиков, пробиотиков, вакцин против бактериальных патогенов, бактериофагов, органических кислот. Однако, несмотря на результативность этих методов и препаратов в условиях эксперимента, до эффективного внедрения в промышленное животноводство и птицеводство еще далеко [12]. В связи с этим, требуется комплексный, системный подход к сдерживанию АМР в сельском хозяйстве, включающий контроль кормов, животных, получаемого от них сырья, внедрение технологий, предотвращающих контаминацию и распространение микрофлоры между фермами или технологическими участками внутри них, мониторинг агентов АМР в животноводческих микробиомах, сохранение здоровья поголовья. Задача поддержания здоровья высокопродуктивных животных особенно затруднена на экологически неблагополучных территориях. Хроническая интоксикация приводит к снижению иммунной защиты организма, что может способствовать нарушению баланса собственной микрофлоры животного, развитию дисбиозов, воспалительных, гнойно-септических патологий [8, 13]. Анализ взаимосвязей между уровнем техногенной контаминации сельхозугодий ферм и антибиотикочувствительностью условно-патогенных бактерий в микробиомах продуктивных животных может способствовать повышению эффективности мер по сдерживанию антимикробной резистентности в животноводстве. Материалы и методы исследований. Для оценки содержания техногенных загрязняющих веществ анализировали снеговой покров, так как он является удобным средством исследования влияния техногенных выбросов на окружающую среду в глобальном, региональном и локальном масштабах [7]. Оценивали фоновую контаминацию радионуклидами 90Sr и 137Cs атмосферных осадков в течение зимнего сезона в разных точках Свердловской и Челябинской областей в районах расположения сельскохозяйственных угодий молочно-товарных ферм. Радиохимические исследования выполняли согласно МВИ 40090.4Г006 - Методика измерения активности радионуклидов с использованием сцинтилляционного бета-спектрометра с программным обеспечением «Прогресс». Зоны многолетнего промышленного загрязнения определяли на основе имеющихся в открытом доступе данных экологического мониторинга, карт, а также данных научных исследований [1, 2, 3, 6, 10, 11]. Микробиологические исследования проводили в соответствии с Национальным Стандартом ГОСТ Р ИСО 20776-1-2010; Клиническими рекомендациями, утвержденными на Расширенном совещании Межрегиональной ассоциации по клинической микробиологии и антимикробной химиотерапии (Москва, 15.05.2017 г.); Критериями для интерпретации категорий чувствительности по EUCAST: Clinical breakpoints - bacteria (v.10.0), по CLSI VET06.2017 1th edition. Для отбора проб использовали стерильные контейнеры и Swab-системы с транспортной средой. Посевы, культивирование и идентификацию выросших микроорганизмов проводили классическими бактериологическими методами, а также с использованием MALDI-TOF масс-спектрометрии (масс-спектры рибосомальных белков сравнивали с базой данных с использованием программного обеспечения Myla). Для определения чувствительности изолятов к антибиотикам использовали диско-диффузионный метод, метод последовательных микроразведений с определением минимальной подавляющей концентрации (МПК), в ряде случаев MALDI-TOF масс-спектрометрию. Всего тестировали 26 антимикробных препаратов, относящихся к 11 классам: пенициллинам (в т.ч. защищенным), карбапенемам, цефалоспоринам I-IV поколений, фторхинолонам, ансамицинам, тетрациклинам, амфениколам, макролидам, гликопептидам, аминогликозидам, линкозамидам. Для статистической обработки данных использовали стандартный пакет анализа Microsoft Excel 2010. Анализ отдельных массивов данных выполняли в программе Statistica 10. Результаты исследований и их обсуждение. Анализировали фоновую контаминацию радиоактивными стронцием и цезием атмосферных осадков в течение зимнего сезона в разных точках Свердловской и Челябинской областей. Отбор проб снега проводили на сельхозугодьях предприятий молочного животноводства и частных подворий, всего 15 точек. Установили, что минимальное и максимальное значения содержания 90Sr в пробах различалось в 206,5 раз, 137Cs - в 45,9 раза, суммарное (валовое) содержание обоих радионуклидов - 46,3 раза. На основании квартильного анализа данных о плотности валового содержания 90Sr и 137Cs были выделены 4 зоны с разным уровнем уровнем контаминации (табл. 1). Результаты исследований микробиоценозов ферм на качественные и количественные показатели АМР соотносили с уровнями контаминации радионуклидами. Таблица 1 Плотность атмосферной контаминации 90Sr и 137Cs сельхозугодий животноводческих объектов Уральского региона в 2022-2023 гг. (квартильное распределение*)
Примечание:*-9СЗг^1-38,87МБк/км2^2-89,96МБк/км2, q3 - 227,79 МБк/км2; 137Cs: q1 - 138,84 МБк/км2, q2 - 196,04 МБк/км2, q3 - 342,72 МБк/км2. Валовая контаминация - q1 - 204,62 МБк/км2, q2 - 308,03 МБк/км2, q3 - 571,56 МБк/км2. Самый высокий уровень как валовой контаминации (3 527,39 МБк/км2), так и отдельно 90Sr (1 639,49 МБк/км2), 137Cs (1 887,90 МБ^км2) был зафиксирован у берега р. Теча в верхнем течении. В этой точке отсутствуют сельхозугодья животноводческих предприятий, однако имеет место несанкционированная сезонная заготовка сена частными лицами для собственного скота. Наиболее низкий уровень контаминации (49,11 МБк/км2) был выявлен на посевных площадях лично го подсобного хозяйства, расположенного вблизи западной границы МО г. Екатеринбург. В точках 1, 3-14 расположены сельхозугодья крупных молочно-товарных ферм, где ежегодно осуществляется заготовка растительных кормов для собственного поголовья предприятий. К зоне с наиболее высоким уровнем радионуклидного загрязнения сельскохозяйственных угодий (IV) были также отнесены точки в районе села Позариха Свердловской области (1 051,59 МБк/км2), села Мухаметово Челябинской области (678,98 МБк/км2), а также в окрестностях г. Нижняя Тура к востоку от г. Лесной Свердловской области (653,31 МБк/км2). Эти точки в целом характеризуются длительным техногенным загрязнением агробиоценозов, связанным с деятельностью крупных предприятий ЯТЦ и металлургической промышленности. Присутствие 90Sr и 137Cs в снеговых осадках свидетельствует о продолжающейся и в настоящее время атмосферной контаминации сельхозугодий в этих точках. На основании данных, имеющихся в научной литературе, а также результатов проведенных ранее собственных исследований авторов были определены районы Свердловской области, характеризующиеся многолетним промышленным загрязнением объектов окружающей среды - воздуха, почв, поверхностных и грунтовых вод, водоемов, биоты [1, 2, 3, 4, 5, 6, 9, 10, 11]. На молочно-товарных фермах, расположенных в этих районах, были выявлен ряд особенностей распространения АМР клинически значимых условно-патогенных бактерий (рисунок 1).
Рис. 1. Карта распространения MDR- и XDR-изолятов S. aureus, E. coli и P. aeruginosa на животноводческих объектах в районах с техногенным загрязнением окружающей среды (Свердловская область, 2022-2023 гг.). Соотношение чувствительных (S), резистентных (R) и изо-лятов с промежуточной чувствительностью (I), выделенных из биоматериала ферм в «условно чистых» районах и в районах с многолетним промышленным загрязнением различалось (рисунок 2). В первом случае изолятов S. aureus, E. coli и P. aeruginosa с сохраненной или промежуточной чувствительностью выявили примерно поровну, а резистентных - в 2 раза меньше. В пробах из районов с высокой техногенной нагрузкой преобладали I-изоляты с промежуточной чувствительностью, резистентные составляли около трети от всех выделенных, а чувствительных было меньше всего.
Рис. 2. Чувствительность к АМП условно-патогенных бактерий на фермах в районах с многолетним промышленным загрязнением и в «условно чистых зонах» Свердловской области (2022-2023 гг.) Наиболее интересные результаты были получены при анализе множественной лекарственной устойчивости (далее, МЛУ) бактерий, выделенных из биоматериала, взятого на МТФ. Анализировали соотношение, количественное и структурное распределение изолятов бактерий с резистентностью к 1 классу антибиотиков (R), с мультирезистентностью - к 2 и более классам (MDR), экстремально широкой устойчивостью, когда чувствительность сохранена только к 1-2 классам антибиотиков (XDR), панрезистентностью (PDR), а также сниженной чувствительностью к 1 классу антибиотиков (I) или к нескольким классам (I-множественная). Установили, что на МТФ в районах с наиболее интенсивной радионуклидной контаминацией сельхозугодий (IV) частота встречаемости изолятов, имеющих множественную резистентность к антибиотикам (MDR) была в среднем в 2-2,5 раза выше, чем на фермах с относительно низкой контаминацией. На молочно-товарных фермах, расположенных в районах с промышленным загрязнением окружающей среды, доля MDR-изолятов составляла 28,1%, что более чем в три раза выше показателя из «условно-чистых» районов. Изоляты с широкой устойчивостью (XDR) составляли 1,1% от всех выделенных, при этом в «условно чистых» районах их в пробах не обнаружили. Наиболее неблагоприятная картина множественной устойчивости условно-патогенных бактерий была выявлена на объектах, находящихся в районах многолетнего техногенного загрязнения, где к тому же была установлена повышенная атмосферная контаминация 90Sr и 137Cs (рисунок 3).
Рис. 3. Множественная устойчивость S. aureus, E. coli и P. aeruginosa к антибиотикам на молочных фермах, расположенных в зонах с разным экологическим статусом (Свердловская обл., 2022-2023 гг.). Частота встречаемости изолятов S. aureus, E. coli и P. aeruginosa, резистентных к одному классу антимикробных препаратов (АМП), была максимальной на фермах, расположенных в зоне с относительно низкой валовой радионуклидной нагрузкой (50-200 МБк/км2) и составляла 33,6%. Несколько ниже данный показатель был в районах с более интенсивной контаминацией атмосферы 90Sr и 137Cs (320-500 МБк/км2) - 31,1%, а также, на фермах в районах с многолетним промышленным загрязнением - 28,1%. Предположительно, это связано с тем, что в данных районах расположено большое количество промышленных объектов, штатная или аварийная деятельность которых на протяжении десятков лет приводила к загрязнению окружающей среды тяжелыми металлами, радионуклидами, органическими соединениями и другими техногенными контаминантами. Длительное воздействие техногенных контаминантов на микробное сообщество молочной фермы, вероятно, в большей степени способствует распространению резистентности в микробиомах, нежели сезонный уровень содержания радиостронция и радиоцезия в атмосфере. Возможно, это связано с более интенсивным протеканием адаптационных процессов, эволюционным отбором более устойчивых бактерий, имеющих активные системы эффлюкса и детоксикации ксенобиотиков. Кроме того, животные на фермах, находящихся в неблагоприятных экологических условиях, часто имеют физиологические нарушения, связанные с длительным алиментарным поступлением техногенных ксенобиотиков в организм. В таких условиях у высокопродуктивных коров развиваются вторичные иммунодефициты, что также может способствовать изменению структуры микробиомов животных в пользу более устойчивых патогенов [5, 8, 9]. На фермах, расположенных в районах с техногенным загрязнением, в том числе, сочетавшимся с радионуклидной контаминацией атмосферы, обнаружили изоляты стафилококков, кишечной палочки и синегнойной палочки с экстремально широкой устойчивостью: их доля составляла 1,1 - 15,6%. При этом на животноводческих объектах в «условно-чистых» районах, а также на территориях северной части Восточно-Уральского радиоактивного следа, удаленных от действующих источников промышленных выбросов, XDR-изоляты не обнаружили.
Рис. 4. Промежуточная чувствительность изолятов S. aureus, E. coli и P. aeruginosa на МТФ, расположенных в зонах с разным экологическим статусом (Свердловская область, 2022-2023). Схожую тенденцию установили для показателей промежуточной чувствительности (I) бактерий: на молочно-товарных фермах в районах с сочетанным техногенным загрязнением отмечали наибольшее количество изолятов со сниженной чувствительностью к антибиотикам двух и более классов (рисунок 4). Также представляется интересным соотношение изолятов - в биоматериале с МТФ всех обследованных районов доля изолятов с множественной промежуточной чувствительностью (I-множеств.) преобладала над долей изолятов с промежуточной чувствительностью только к одному классу АМП. Считаем этот факт прогностически неблагоприятным в отношении распространения АМР, так как частичная утрата чувствительности к антибиотикам в перспективе может стать полной и в принципе свидетельствует о наличии генетических детерминант резистентности у бактерий. Распределение S. aureus, E. coli и P. aeruginosa по чувствительности к антибиотикам (S-, I-, R-изоляты) в пробах с МТФ из разных экологических зон показало, что в «условно чистых» районах доля S-изолятов была больше, чем I и R в сумме, и составляла почти 70% от всех выделенных (рисунок 5). На фермах из районов с промышленным загрязнением SIR- распределение было относительно равномерным (29,2%-38,2%). Наименьшая доля чувствительных к антибиотикам изолятов была обнаружена в пробах из районов с умеренной атмосферной контаминацией 90Sr и 137Cs и интенсивным многолетним техногенным загрязнением окружающей среды - S-изоляты составили только 3,5% от всех выделенных, 43% пришлось на долю резистентных, и 53% - на I-изоляты с промежуточной чувствительностью к одному или нескольким антибиотикам.
Рис. 5. Распределение S-, I-, R-изолятов S. aureus, E. coli и P. aeruginosa по частоте встречаемости в биоматериале из МТФ в разных экологических зонах Свердловской области (2022-2023 гг.) Заключение. Результаты проведенных исследований показали, что распространение антимикробной резистентности в микробиоценозах крупного рогатого скота и местах его содержания, имело более выраженный характер на фермах, находившихся в районах многолетнего промышленного загрязнения в сочетании с атмосферной контаминацией 90Sr и 137Cs. Доля чувствительных к антибиотикам изолятов S. aureus, E. coli и P. aeruginosa в пробах с МТФ в таких районах не превышала 33%, в то время как в районах с низким уровнем загрязнения составляла около 70%. Мультирезистентность бактерий (MDR) обнаруживали в районах с сочетанной техногенной контаминацией в 28,1%-33,6% случаев, экстремальную устойчивость (XDR) - в 1,1%-15,6% случаев. На фермах в относительно «чистых» районах доля MDR-изолятов составила 7,7%, а XDR-изоля-ты обнаружены не были. Ежегодное накопление радионуклидов в снеговом запасе с последующим поступлением в почву сельхозугодий с талыми водами приводит к накоплению 90Sr и 137Cs в кормовых растениях. Таким же образом накапливаются и затем попадают в организм животного и другие ксенобиотики. В условиях хронической интоксикации у высокопродуктивных животных развиваются вторичные иммунодефициты, метаболические нарушения, что проявляется снижением активности компонентов иммунной системы, нарушением неспецифических барьеров, и, как следствие, дисбалансом в микробиомах желудочно-кишечного тракта, слизистых оболочек, кожи. Эти процессы, возможно, могут способствовать распространению АМР в микробиомах, отбору и сохранению бактерий, имеющих более развитые механизмы выведения и обезвреживания ксенобиотиков, в том числе и антимикробных препаратов и дезинфектантов. Таким образом, длительная техногенная контаминация агробиоценозов может являться фактором, способствующим распространению АМР на молочных фермах и других животноводческих предприятиях. Интенсивность техногенной нагрузки и экологическое состояние сельхозугодий животноводческого объекта рекомендуется учитывать при планировании и проведении эффективных мероприятий по сдерживанию распространения АМР. Исследование проводили в рамках выполнения Государственного задания № 0532-2021-0004. Список литературы: 1. Государственный доклад «О состоянии окружающей среды на территории свердловской области в 2021 году». 2. Государственный доклад «О состоянии окружающей среды на территории свердловской области в 2022 году». 3. Карта экологической ситуации промышленных районов Свердловской области. 1993. 4. Кадочников М. Ю. Клиническое обследование животных из загрязненных 90Sr территорий / М. Ю. Кадочников, И. М. Донник, Н. А. Верещак [и др.] // Научные основы профилактики и лечения болезней животных. 2005. С. 443-450. 5. Кривоногова, А. С. Физиологические и иммунологические показатели животных при накоплении повышенных концентраций тяжелых металлов в их органах и тканях / А. С. Кривоногова, А. Г. Исаева, А. А. Баранова // Аграрный вестник Урала. 2013. № 6 (112). С. 15-20. 6. Методология экологического мониторинга аграрных предприятий в зоне Урала / И. А. Шкуратова, И. М. Донник, А. В. Трапезников [и др.] // Аграрный вестник Урала. 2012. № 2 (94). С. 60-62. 7. Оценка поверхностных, подземных и талых вод северо-западного Зауралья / Л. В. Бурлакова, И. М. Донник, С. Н. Кошелев [и др.] // 2006: 80. 8. Проблемы животноводства в промышленных регионах / И. М. Донник, И. А. Шкуратова, Э. И. Хасина [и др.] // Аграрный вестник Урала. 2012. № 3 (95). С. 49-51. 9. Физиологические особенности животных в районах техногенного загрязнения / И. М. Донник, И. А. Шкуратова, А. Г. Исаева [и др.] // Аграрный вестник Урала. 2012. № 1 (93). С. 26-28. 10. Экологическая карта Свердловской области / https://sloboda-ural.ucoz.ru/photo/ehkologija/ehkologicheskaja_karta_sverdlovskoj_oblasti/10-0-152/. 11. Экотоксиканты в растительных и пищевых цепях зон размещения химического оружия / С. Н. Кошелев, И. М. Донник, Л. В. Бурлакова [и др.]. 2007. 12. Antimicrobial Resistance and Current Alternatives in Veterinary Practice: A Review / A. Rizzo, M. Piccinno, E. Lillo et al. // Curr Pharm Des. 2023. No. 29 (5). pp. 312-322. 13. Special features of Pseudomonas aeruginosa strains in animal and poultry farms in the regions with various levels of man-made pollution / I. M. Donnik, A. G. Isaeva, K.V. Moiseeva et al. // Agronomy Research. 2020. Vol. 18. No. 4. pp. 2365-2373. 14. Staphylococcus aureus biofilm: the role in disseminating antimicrobial resistance over the meat chain / A. C. Silva-de-Jesus, R. G. Ferrari, P. Panzenhagen et al. // Microbiology. 2022. No. 168 (10). 15. World Health Organization report: Current crisis of antibiotic resistance / A. T. B. Abadi, A. A. Rizvanov, T. Haertle et al. // BioNano Sci. 2019. No. 9. pp. 778-788. Резюме. Исследовали фенотипическую антибиотикочувствитель-ность условно-патогенных бактерий в микробиоценозах молочных ферм в районах с различным уровнем техногенного загрязнения сельхозугодий. Были определены зоны с многолетним промышленным загрязнением объектов окружающей среды и экологически благополучные, «условно чистые» территории. В них анализировали сезонную фоновую контаминацию 90Sr и 137Cs атмосферных осадков на полях животноводческих ферм. Установили, что минимальное и максимальное значения содержания 90Sr в пробах различалось в 206,5 раз, 137Cs - в 45,9 раза, суммарное (валовое) содержание обоих радионуклидов - 46,3 раза. На молочно-товарных фермах исследовали условно-патогенную микрофлору. Изучали профили резистентности S. aureus, E. coli, P. aeruginosa, характеристики множественной устойчивости изолятов к антибиотикам 11 разных классов. Обнаружили, что в биоматериале с ферм из районов с многолетним промышленным загрязнением доля чувствительных к антибиотикам бактерий (S) составляла - 16,8%, резистентных (R) - 30%, а преобладали изоляты с промежуточной чувствительностью (I) - 53,9%. На фермах с низкой контаминацией сельхозугодий эти показатели составляли 40,0%, 19, 2% и 40,8% соответственно. Наиболее неблагоприятная картина АМР была обнаружена на фермах, расположенных в районах сочетанного техногенного загрязнения. Доля мультирези-стентных изолятов S. aureus, E. coli и P. aeruginosa, устойчивых к 2 и более классам антибиотиков (MDR) в среднем составляла 9%-20%, доля изолятов с экстремальной резистентностью, чувствительным только к 1-2 классам антибиотиков (XDR) - 1,1%-15,6%. На фермах из районов с низким уровнем техногенной нагрузки частота встречаемости MDR-изолятов была на уровне 7%, а XDR-изоляты в биоматериале обнаружены не были. Предполагаем, что длительная техногенная контаминация агробиоценозов может являться фактором, способствующим распространению АМР на молочных фермах и других животноводческих предприятиях. Ключевые слова: антимикробная резистентность, множественная лекарственная устойчивость, условно-патогенная микрофлора, промышленное загрязнение, 90Sr, 137Cs, молочно-товарная ферма. Сведения об авторах: Кривоногова Анна Сергеевна, доктор биологических наук, доцент, ведущий научный сотрудник ФГБНУ «Уральский федеральный аграрный научно-исследовательский центр» УрО РАН; 620142, г. Екатеринбург, ул. Белинского, 112 а; тел.: 8-343-2572044; e-mail: tel-89826512934@yandex.ru. Логинов Егор Александрович, лаборант ФГБНУ «Уральский федеральный аграрный научно-исследовательский центр» УрО РАН; 620142, г. Екатеринбург, ул. Белинского, 112 а; тел.: 8-343-2572044; e-mail: loginov.ea19@gmail.com. Беспамятных Елисей Николаевич, кандидат биологических наук, старший научный сотрудник ФГБНУ «Уральский федеральный аграрный научно-исследовательский центр» УрО РАН; 620142, г. Екатеринбург, ул. Белинского, 112 а; тел.: 8-343-2572044; е-mail: demon-orth@mail.ru. Лысова Яна Юрьевна, старший научный сотрудник ФГБНУ «Уральский федеральный аграрный научно-исследовательский центр» УрО РАН; 620142, г. Екатеринбург, ул. Белинского, 112 а; тел.: 8-343-2572044; e-mail: boris.wet@mail.ru. Моисеева Ксения Викторовна, младший научный сотрудник ФГБ-НУ «Уральский федеральный аграрный научно-исследовательский центр» УрО РАН; 620142, г. Екатеринбург, ул. Белинского, 112 а; тел.: 8-343-2572044; e-mail: moiseeva456@yandex.ru. Ответственный за переписку с редакцией: Исаева Альбина Геннадьевна, доктор биологических наук, доцент, ведущий научный сотрудник ФГБНУ «Уральский федеральный аграрный научно-исследовательский центр» УрО РАН; 620142, г. Екатеринбург, ул. Белинского, 112 а; тел.: 8-343-2572044; e-mail: isaeva.05@bk.ru.
|
|
| 2011 © Ветеринария Кубани | Разработка сайта - Интернет-Имидж | |
|---|---|---|