Koktajl antybiotyków w rzekach. Skutki lekomanii to superzarazki

Ścieki z miast, przemysłu i rolnictwa wprowadzają do środowiska wodnego ogromne ilości substancji aktywnych farmakologicznie. Wiele z nich – w tym antybiotyki, leki na serce czy przeciwdepresyjne – trafia do rzek i jezior, ponieważ organizm człowieka nie przyswaja ich w całości, a oczyszczalnie nie są przystosowane do ich całkowitego usuwania. Z badań opublikowanych w czasopiśmie PNAS Nexus wynika, że każdego roku aż 8,5 tys. ton antybiotyków wykorzystywanych przez człowieka przedostaje się do rzek na całym świecie. 11 proc. z tej ilości trafia dalej – do oceanów lub jezior śródlądowych.

Modele komputerowe pokazują, że aż 6 milionów kilometrów rzek może zawierać stężenia antybiotyków przekraczające progi bezpieczeństwa dla ekosystemów i sprzyjające rozwojowi odporności bakterii. Największe zagrożenie odnotowano w krajach o niskim dochodzie, gdzie dostęp do infrastruktury sanitarnej jest ograniczony. Jednak również w Europie i Stanach Zjednoczonych występują obszary o wysokim poziomie ryzyka.

– Nawet śladowe ilości leków mogą wpływać na zachowania zwierząt wodnych czy różnorodność mikroorganizmów – ostrzega Michael Bertram z Uniwersytetu Nauk Rolniczych w Szwecji, współautor jednego z badań. – Problem w tym, że większości tych substancji nie widzimy i traktujemy jakby po prostu znikały. A one krążą w ekosystemie.

Zespół kierowany przez D. Cervenego postanowił przyjrzeć się, jak temperatura wody wpływa na akumulację i przekształcanie leków w organizmach wodnych. W badaniu opublikowanym w „Environment International” naukowcy wystawili okonie europejskie i larwy ważek na działanie dwóch leków uspokajających: temazepamu i jego metabolitu (czyli związku, w który lek przekształca się w organizmie) oksazepamu. Eksperyment przeprowadzono w dwóch temperaturach: 10 i 20°C – odpowiadających naturalnym wahaniom wód powierzchniowych.

W przypadku ryb zaobserwowano wyraźne różnice. W wyższej temperaturze pierwszy lek ulegał szybszemu przekształceniu w metabolit. Oznacza to, że w wyższej temperaturze ryby mogą doświadczać silniejszego działania leków. Co więcej, leki te mogą następnie wpływać na kolejne organizmy – w tym drapieżniki żywiące się rybami.

Larwy ważek nie wykazały podobnej zdolności do przekształcania leków, co sugeruje istotne różnice gatunkowe w reakcjach na zanieczyszczenia farmaceutyczne. To ważna informacja, ponieważ badania toksyczności coraz częściej opierają się na modelach komputerowych lub danych z organizmów ssaczych – które mogą zupełnie nie oddawać tego, jak na zanieczyszczenia reagują inne zwierzęta.

Warto dodać, że w organizmach ryb metabolit – oksazepam – osiągał stężenia porównywalne z poziomami terapeutycznymi stosowanymi u ludzi. W świetle takich danych trudno zakładać, że ekspozycja na leki w środowisku nie ma znaczenia ekologicznego. Co istotne, sam oksazepam nie musi występować w wodzie – jego obecność w rybach wynikała wyłącznie z wewnętrznej przemiany temazepamu.

Klimat przyspiesza katastrofę

Związki farmaceutyczne w środowisku nie występują w próżni – ich losy zależą od szeregu czynników fizykochemicznych, w tym temperatury. Wzrost średnich temperatur związany z globalnym ociepleniem wpływa nie tylko na szybkość metabolizmu ryb i aktywność enzymów, ale także na tempo rozwoju bakterii i ich zdolność do wymiany genów odpowiadających za odporność na leki.

Jak pokazuje analiza opublikowana w Environmental Research, w krajach takich jak Chiny, Pakistan czy Indie zaobserwowano wyraźny związek między wzrostem średnich temperatur a częstością występowania bakterii odpornych na antybiotyki. Każde pół stopnia więcej oznacza większą przeżywalność i rozprzestrzenianie się szczepów takich jak E. coli czy Pseudomonas aeruginosa.

Zmiany klimatyczne oddziałują też pośrednio – susze zmniejszają przepływ rzek, zwiększając stężenie substancji w wodzie, a gwałtowne burze i podtopienia przeciążają oczyszczalnie ścieków, wypuszczając do rzek miliony litrów nieprzetworzonych ścieków. W cieplejszej wodzie leki są również łatwiej wchłaniane przez ryby, co może dodatkowo potęgować ich działanie.

Ekologiczny koszt lekomanii

Z danych WHO wynika, że oporność na antybiotyki może do 2050 roku stać się główną przyczyną zgonów na świecie. Już teraz – jak podaje badanie PNAS Nexus – 750 milionów ludzi mieszka w promieniu 10 km od rzek o najwyższych stężeniach antybiotyków. To nie tylko problem środowiskowy, ale również zdrowotny i gospodarczy.

Szczególnie niepokojące jest to, że wiele z wykrywanych substancji należy do grupy leków, które mają wysokie ryzyko wywołania u bakterii odporności i powinny być stosowane ze szczególną ostrożnością. Tymczasem – z powodów ekonomicznych – w niektórych krajach (np. Indiach) są one tańsze i łatwiej dostępne niż leki bezpieczniejsze. Często dostępne są bez recepty.

– Potrzebujemy nie tylko lepszych systemów oczyszczania ścieków, ale przede wszystkim nowego podejścia do projektowania leków – mówi Bertram. – Takich, które będą mniej trwałe w środowisku i nie będą krążyć w obiegu wodnym przez miesiące czy lata.

Obecnie połowa ścieków na świecie trafia do środowiska bez jakiejkolwiek obróbki. A nawet jeśli podlega oczyszczaniu, to stosowane technologie często nie radzą sobie z usuwaniem cząsteczek farmaceutycznych.

Skutki farmaceutycznego zanieczyszczenia środowiska nie są ograniczone do pojedynczych substancji. Leki w środowisku rzadko występują osobno – częściej tworzą złożone mieszanki, których łączny efekt toksyczny bywa trudny do przewidzenia. Modele opracowane przez badaczy z Uniwersytetu McGill i Leibniz Institute pokazują, że w wielu regionach świata – od Indii po Turcję – poziom ryzyka środowiskowego przekracza bezpieczne progi nawet dla kilkunastu substancji jednocześnie.

Zidentyfikowane zagrożenia nie dotyczą wyłącznie znanych leków. Coraz częściej mówi się o problemie tzw. transformantów – produktów przemiany leków, które mogą być równie aktywne, choć pozostają poza systemem monitorowania i klasyfikacji toksyczności. W badaniu nad oksazepamem i temazepamem okazało się, że stężenia metabolitu przekraczały stężenia leku macierzystego, mimo że nie był on wprowadzany do wody – powstał wewnątrz organizmu ryby.

Tego rodzaju dane burzą przekonanie, że wystarczy badać obecność znanych substancji w wodzie. W rzeczywistości wiele najbardziej szkodliwych związków nigdy nie zostało uwzględnionych w żadnym rejestrze.