Vezměme si třeba antibiotika. Většina těchto léků se v našem těle rozloží. Velmi malá množství však skončí v čistírně odpadních vod. Tam se s nimi dostávají do kontaktu bakterie (a řada dalších organismů), které se živí odpadními produkty.
Za normálních okolností antibiotika bakterie zabila. Setkávají-li se však pravidelně s malými dávkami, v podstatě si na ně zvyknou. Vytvářejí si rezistentní geny, které se mohou přenášet na dceřiné buňky a horizontálním přenosem genů i na sousední buňky. Výsledkem je populace bakterií rezistentní na antibiotika. Podle článku v časopise Environmental Science & Technology to dokonce vypadá, že i když jsou bakterie vystaveny pouze jednomu druhu antibiotika, získávají rezistenci vůči více třídám těchto léků.
Bakterie v čistírnách odpadních vod končí svou cestu v aktivovaném kalu. Když už je ho v zařízení příliš mnoho, z procesu se odstraňuje – jde o tuny biomasy každý den. Aktivovaný kal končí na skládkách nebo se může využít jako hnojivo. Tím je otevřena cesta k tomu, aby se mikroorganismy, rezistentní na antibiotika, dostaly do životního prostředí. Malé množství rezistentních bakterií také může uniknout filtraci na konci procesu a dostat se do odtoku z čistírny, který je u nás obvykle zaústěn do vodního toku, v suchých oblastech se pak může používat třeba na zavlažování.
„Narůstající rezistence mikroorganismů vůči antibiotikům představuje jeden z nejpalčivějších problémů dnešní medicíny. Existují odhady, že v roce 2050 by mohla mít na svědomí více úmrtí než rakovina. Zbytková množství antibiotik se prokazatelně vyskytují nejen v odpadních vodách, ale i v pitné vodě či některých potravinách, což jen podporuje schopnost bakterií vytvářet si vůči nim odolnost,“ říká k problému Michal Otyepka z olomoucké univerzity. Podle zveřejněných údajů bylo v roce 2019 s rezistencí na antibiotika celosvětově spojeno 4,95 milionu úmrtí a očekává se, že do roku 2050 počet úmrtí vzroste na více než 10 milionů.
Detekce
Problém je, že ve vstupním bodě, tedy na čistírnách odpadních vod, se tyto látky zatím pravidelně nesledují a současné zákony jejich přítomnost ve vodě nijak neupravují. Může přitom jít o několik desítek až stovek sloučenin. Běží však již výzkumy, které mapují výskyt těchto cizorodých látek ve vodních ekosystémech, hledají zdroje znečištění a zjišťuje se, jak tyto látky mohou ovlivňovat vodní organismy, případně se dostávat dále do potravních řetězců.
V Laboratoři environmentální chemie a biochemie ve Vodňanech, spadající pod Jihočeskou univerzitu, vyvíjejí metody, pomocí kterých tyto cizorodé látky efektivně detekují. Podle jejich zprávy mohou stanovit přibližně 150 farmak, 75 pesticidů a jejich metabolitů (produktů látkové výměny), 30 drog a jejich metabolitů včetně nových syntetických preparátů a dalších látek, které se dostávají odpadními vodami do životního prostředí. Podíleli se také například na mezinárodní studii, vedené Norským ústavem pro výzkum vody (NIVA), která se zaměřila na detekci drog v odpadních vodách a výpočty jejich spotřeby. Porovnávala se spotřeba nelegálních drog v devatenácti evropských městech na základě analýzy odpadních vod, které přitékají do čistíren. Výzkumníci odebírali vzorky z českobudějovické čistírny. Studie odhalila, že obyvatelé Českých Budějovic mají z devatenácti vybraných měst čtvrtou největší spotřebu metamfetaminu neboli pervitinu, ale spotřebu ostatních drog vcelku nízkou.
Ampicilin
Vraťme se však k antibiotikům. Pro jejich detekci ve vodách se nyní používá chromatografie a enzymatický test – metody časově náročné, vyžadující drahé přístrojové vybavení a vyškolený personál. Aby bylo možné tyto látky lépe sledovat, jsou potřeba rychlé, levné a účinné postupy.
Vědci z Českého institutu výzkumu a pokročilých technologií – CATRIN Univerzity Palackého v Olomouci nedávno představili v odborném časopise Small nový biosenzor, který okamžitě dokáže ve vodě či v mléčných výrobcích odhalit i velmi malé zbytky antibiotik, konkrétně ampicilinu. Základem je na míru připravený nanomateriál odvozený od fluorografenu, který vyvinuli na tamní Přírodovědecké fakultě. Využili k tomu metodu „klikací chemie“ (z angl. click chemistry), za niž loni získal loni Karl Barry Sharpless Nobelovu cenu za chemii.
„Na základnu z fluorografenu jsme navázali aptamer, molekulu, která je schopná odhalit sledované antibiotikum, tedy ampicilin. Napadlo nás k tomu využít technologii tzv. klikací chemie, která umožňuje přesně a rychle spojovat molekuly. V tomto ohledu představuje click chemie ideální metodu biokonjugace. Ojedinělý je nejen tento postup, ale i možnost propojení senzoru s mobilním telefonem. Měření si tak může provést kdokoliv, třeba v domácím prostředí nebo přímo v terénu,“ vysvětlil jeden z členů autorského týmu David Panáček z CATRIN.
Při ověřování účinnosti senzoru zjistili, že biosenzor dokáže například v pitné vodě odhalit ještě nižší množství reziduí léčiva, než kolik pro něj činí limit stanovený Evropskou unií. Metoda je velmi jednoduchá – elektroda s naneseným nanomateriálem se ponoří do kontaminovaného roztoku a pomocí mobilu se měří množství ampicilinu.
Platforma z grafenu je univerzální, je možné ji použít s různými aptamery k detekci široké škály sloučenin. Otvírá se tak cesta ke konstrukci citlivých, selektivních a stabilních senzorů k detekci antibiotik i jiných látek.
Úpravy na čistírnách
Vznik organismů, rezistentních na antibiotika, by podle odborníků bylo možné omezit technologickými úpravami na čistírnách, například membránovou filtrací nebo anaerobními postupy. Podle odborníků z Jihočeské univerzity jsou dnes technologické postupy limitovány pouze náklady: „Odstranění většiny nežádoucích látek z odpadní vody je možné, ale v našich podmínkách asi nereálné,“ uvádí ve svém článku Roman Grabic z Laboratoře environmentální chemie a biochemie Jihočeské univerzity. Ve zcela jiné situaci jsou však aridní země s nedostatkem pitné vody, jako je Izrael nebo Austrálie, kde intenzivně řeší recyklaci vody a obsahy antibiotik a dalších reziduí jsou pro ně problémem číslo jedna.*
Jarmila Šťastná
Časopis Odpady, č.04/2023
