Химические и физические стрессы, с которыми сталкиваются бактерии во время очистки сточных вод, могут повлиять на передачу генов между ними. Но исследователи из Университета науки и технологий Картахены обнаружили, что, хотя определенные комбинации стрессоров значительно увеличивают скорость переноса генов, другие комбинации снижают ее. Этот вывод может стать основой для разработки передовой практики и управления очисткой и повторным использованием сточных вод.
Исследователи из Университета науки и технологий имени короля Абдаллы обнаружили, что сочетание стрессовых факторов при очистке сточных вод влияет на скорость передачи бактериальных генов. Их результаты показали, что микрофильтрационные мембраны более эффективны, чем песочная фильтрация, в снижении концентрации бактерий и эДНК, тем самым сводя к минимуму перенос генов. Источник изображения: 2023КАУСТ; ХеноХван
Во всем мире многие регионы рассматривают очищенные сточные воды как потенциально ценный ресурс пресной воды. «В рамках программы Saudi Vision 2030 необходимо увеличить уровень повторного использования и очистки воды», — сказала Ботайна Аль-Гашгари, докторант из группы Хун Пейина, которая руководила исследованием. «Содействие безопасной утилизации и повторному использованию имеет жизненно важное значение».
Бактерии могут естественным образом поглощать внеклеточную ДНК (эДНК) из окружающей среды и интегрировать функциональные гены в свои собственные геномы. Очищенные сточные воды могут содержать относительно высокие концентрации бактерий и эДНК. Он также подвергает бактерии воздействию стрессоров, которые, как известно, усиливают поглощение и интеграцию эДНК, включая ультрафиолет, побочные химические продукты дезинфекции и лекарства.
«Несколько исследований выявили потенциальное влияние отдельных стрессоров на бактериальный горизонтальный перенос генов в хлорированных сточных водах», — сказал Аль-Гашгари. «Но в реальной среде сточных вод одновременно существует множество факторов стресса. Нашей целью было понять совокупное воздействие этих факторов».
Очистка сточных вод для их безопасного повторного использования обеспечивает ценные ресурсы пресной воды. Источник изображения: 2023КАУСТ; ХеноХван
Исследователи предположили, что множественные стрессоры будут оказывать аддитивное воздействие на скорость передачи генов. Но на удивление ситуация гораздо сложнее. В зависимости от механизма действия некоторые комбинации синергически значительно увеличивают скорость переноса генов, некоторые оказывают нейтральный эффект, а другие снижают скорость переноса генов.
«Например, когда стрессор, который увеличивает проницаемость бактериальных клеточных стенок (например, препарат карбамазепин), сочетается последовательно со стрессором, вызывающим повреждение ДНК (например, воздействие солнца), два стрессора могут иметь синергический эффект», — сказал Аль-Гашгари. «Мы также обнаружили, что если стрессор (например, хлороформ) вредным образом взаимодействует непосредственно с эДНК, он блокирует интеграцию ДНК в бактериальный геном, создавая антагонистический эффект».
Из-за этой сложности сложно предсказать совокупное воздействие нескольких стрессоров, что усложняет возможность оценить, могут ли возникнуть непредвиденные последствия в последующей среде повторного использования. Тем не менее, результаты исследования имеют четкие выводы относительно очистки сточных вод.
Ключевой целью процессов очистки сточных вод должно быть поддержание низких концентраций бактерий и эДНК в сточных водах, тем самым сводя к минимуму перенос генов.
«Мы считаем, что очистные сооружения должны быть оборудованы микрофильтрационными мембранами, а не песочной фильтрацией, поскольку микрофильтрационные мембраны могут удалять бактерии и внеклеточную ДНК до уровней, которые вредны для естественной трансформации», — сказал Хонг. «Мембраны для микрофильтрации дороже в установке и эксплуатации, чем песчаная фильтрация, но мы призываем коммунальные предприятия принять эту меру предосторожности».