Свиноводство и устойчивость к антибиотикам

Понимание причин развития устойчивости к антибиотикам имеет решающее значение для здоровья человека и животных. Инфекции, устойчивые к антибиотикам, вызывают всеобщую озабоченность. Убытки из-за них составляют около 100 триллионов долларов в год.

В свиноводстве антибиотики в основном используют для профилактики и в целях стимуляции роста. Их регулярно выявляют в кишечнике свиней в низких концентрациях. В результате микрофлора кишечника приобретает и сохраняет ARG (гены устойчивости к антибиотикам), увеличивается количество резистентных бактерий. Поступление ARG в почву и воду – проблема для окружающей среды и здоровья человека. 

Основные механизмы резистентности бактерий включают дезактивацию антибиотиков, выведение их из клеток через эффлюксные насосы и защиту мишеней специфическими белками. ARG придают микроорганизмам устойчивость к нескольким основным классам антибиотиков, в т.ч. тетрациклинам, сульфаниламидам, β-лактамам, макролид-линкозамидстрептограмину B, аминогликозидам, фторхинолонам, хинолонам, флорфениколу, хлорамфениколу и амфениколу. 

Отходы свиноводства отличаются разнообразием и более высоким содержанием ARG по сравнению с другими отходами животноводства. Это связано с более интенсивным использованием антибиотиков в лечебно-профилактических и метапрофилактических (поддержание благополучия не одного хозяйства, а их системы с помощью общей программы — п.п.) целях. Свиньи, как правило, также получают более высокие дозы противомикробных препаратов в раннем возрасте, чем другие хозяйственные животные.

Уровень ARG в отходах свиноводства варьирует по странам, при этом Китай занимает первое место как крупнейший производитель и потребитель антибиотиков. Условия конкретных регионов также влияют на распространенность ARG и динамику затухания. 

Бактерии, устойчивые к антибиотикам, и свободные ARG (в виде плазмид — небольших молекул ДНК, физически обособленных от хромосом и способных к автономной репликации) попадают в почву при внесении навоза и орошении сточными водами. В водоемы они поступают при сбросе сточных вод. Внутриклеточные и свободные ARG в почве и водах передаются местным популяциям бактерий путем горизонтального переноса генов. Далее устойчивые к антибиотикам бактерии могут попадать в организм людей, вызывая острые или хронические инфекции. Распространение ARG в новой среде зависит от выживаемости и сохранности, пролиферации, репликации и переноса генов, а также вероятности приобретения их новыми хозяевами. 

На  ARG в окружающей среде влияют скорость роста устойчивых к антибиотикам бактерий, концентрация питательного субстрата и присутствие токсичных веществ. В организм человека они могут поступать с загрязненной пищей, из-за прямого или косвенного контакта с отходами свиноводства, при работе с животными, респираторным путем. Высокая концентрация и близость доноров и реципиентов ARG, температура, физико-химические условия и доступность питательных веществ усиливают горизонтальный перенос генов в кишечнике человека и вызывают появление генов множественной лекарственной устойчивости. 

Стандартная переработка навоза резко снижает уровень ARG. Его накапливают в лагунах, подвергают анаэробному сбраживанию или компостированию, разделяют на тверую и жидкую фракции. Твердый навоз используют для удобрения сельскохозяйственных угодий, а жидкость направляют в биореактор или сбрасываю в водоемы. Ввод в навоз извести перед внесением, заделка в почву, использование некоторых культур уменьшают распространение ARG в почве. Добавление биоугля и пшеничной соломы снижает концентрацию остаточных антибиотиков и тяжелых металлов, улучшает процесс ферментации и связанное с этим разрушение ARG. Термофильное компостирование с добавками, снижающими биодоступность тяжелых металлов, эффективно уменьшает разнообразие и уровень ARG в навозе. 

Корректировка рационов животных для профилактики заболеваний, сокращение контактов между людьми и животными, оптимизация методов сбора отходов, правильная организация карантина для больных животных сокращают распространение инфекций, а также обилие и разнообразие ARG. Антибиотики необходимо применять рационально, по возможности уменьшая их уровень. Перспективно использование альтернатив антибиотикам, например, антимикробных пептидов, про- и пребиотиков. Необходима строгая регуляция хранения и утилизации навоза, чтобы уменьшить сброс  ARG в окружающую среду. Процессы дезинфекции, в первую очередь хлорирование и УФ-обработка, удаляют ARG из питьевой воды и стоков.

Требуются дальнейшие исследования для разработки моделей количественной оценки распространения ARG и их влияния на здоровье человека.