Kompostowanie na bazie dżdżownic stanowi niskoenergetyczne rozwiązanie problemu oporności na antybiotyki
Dżdżownice mogą stać się nieoczekiwanymi sojusznikami w globalnej walce z opornością na antybiotyki, pomagając rolnikom przekształcać obornik w bezpieczniejszy, wartościowy nawóz organiczny w procesie zwanym wermikompostowaniem. Naukowcy podają, że ta niskoenergetyczna, oparta na przyrodzie technologia może znacznie skuteczniej usuwać geny oporności na antybiotyki niż konwencjonalne kompostowanie, poprawiając jednocześnie stan gleby i wspierając zrównoważone rolnictwo. Oporność na antybiotyki od pola do stołu Światowa Organizacja Zdrowia uznała oporność na środki przeciwdrobnoustrojowe za jedno z najpoważniejszych zagrożeń współczesnej medycyny, a produkcja zwierzęca stanowi główną część problemu. Kiedy zwierzęta otrzymują antybiotyki, w ich odchodach gromadzą się geny oporności, a jeśli nawóz ten zostanie rozrzucony na polach bez odpowiedniego leczenia, geny te mogą przedostać się do gleby, wody, upraw i ostatecznie do ludzkich jelit. Konwencjonalne kompostowanie pomaga, ale jego wydajność jest niestabilna, a w niektórych przypadkach kluczowe markery odporności mogą nawet odbić się podczas procesu kompostowania. Żywy bioreaktor pod naszymi stopami Wermikompostowanie wykorzystuje dżdżownice i powiązane z nimi drobnoustroje do przekształcania surowego obornika w stabilny, kruchy produkt zwany wermicastem. W starannie kontrolowanych warunkach wilgotności, temperatury i składników odżywczych ten proces mezofilny nie tylko przetwarza odpady w nawóz, ale także pozwala na wielościeżkową redukcję genów oporności na antybiotyki. Badania podsumowane w nowym przeglądzie pokazują, że wermikompostowanie może zmniejszyć całkowitą liczebność genów oporności o około 70–95 procent, a ruchomych elementów genetycznych nawet o 68 procent, często osiągając lepsze wyniki niż tradycyjne stosy kompostu. „Dżdżownice nie tylko biernie rozkładają się, ale są aktywnymi inżynierami bezpieczniejszego mikrośrodowiska” – mówi korespondentka Fengxia Yang z Instytutu Ochrony Środowiska Rolnego przy Ministerstwie Rolnictwa i Spraw Wiejskich w Chinach. „Przekształcając społeczności drobnoustrojów i zakłócając transfer genów, pomagają przeciąć łańcuch oporności na antybiotyki rozprzestrzeniający się z gospodarstw na ludzi”. Jak dżdżownice rozbrajają geny oporności Autorzy opisują wermikompostowanie jako zintegrowaną barierę fizyczną, chemiczną i biologiczną chroniącą przed opornością na antybiotyki. Gdy dżdżownice zakopują się i żerują, zwiększają porowatość i napowietrzenie odchodów, utrzymując warunki bogate w tlen, które tłumią wiele bakterii beztlenowych, które często niosą geny oporności i sprzyjają szybszemu rozkładowi resztek antybiotyków. W jelitach dżdżownic dochodzi do mechanicznego mielenia, enzymów trawiennych i wyspecjalizowanego mikrobiomu, które dodatkowo niszczą oporne bakterie i zakłócają zarówno wewnątrzkomórkowy, jak i zewnątrzkomórkowy DNA. Kluczowa zaleta polega na tym, jak dżdżownice restrukturyzują społeczność drobnoustrojów. Ich aktywność przesuwa system z szybko rosnących bakterii oportunistycznych, które często są nosicielami genów oporności, w stronę bardziej stabilnych, funkcjonalnie korzystnych grup zaangażowanych w rozkład i wiązanie azotu. Jednocześnie wermikompostowanie zmniejsza liczebność ruchomych elementów genetycznych, takich jak plazmidy i integrony, które są nośnikami transportu genów oporności między bakteriami poprzez poziomy transfer genów. Ukryta moc śluzu dżdżownic Poza jelitami, śluz naskórkowy dżdżownic i płyn celomiczny działają jako interfejs biochemiczny w masie kompostowej. Śluz ten zawiera węglowodany, białka, lipidy i cząsteczki bioaktywne, w tym peptydy przeciwdrobnoustrojowe, lizozymy i DNazy, które mogą uszkadzać błony komórkowe bakterii, wytwarzać reaktywne formy tlenu i bezpośrednio degradować geny oporności. Badania laboratoryjne cytowane w przeglądzie pokazują, że płyn celomiczny może w ciągu kilku godzin zmniejszyć populację wielolekoopornej Escherichia coli o kilka rzędów wielkości i usunąć ponad 90 procent genów oporności zewnątrzkomórkowej poprzez przecięcie DNA. Śluz zmienia również zachowanie drobnoustrojów, zakłócając systemy komunikacji bakterii i ekspresję genów. W jednym badaniu mechanistycznym narażenie na płyn celomiczny dżdżownic doprowadziło do regulacji w górę lub w dół tysięcy genów bakteryjnych, zakłócając szlaki, na których bakterie polegają w celu koordynacji i koniugacji. Analizy sieciowe wskazują, że po przetworzeniu dżdżownic powiązania statystyczne między genami odporności a ich bakteryjnymi żywicielami słabną, co sugeruje, że wermikompostowanie w ekologiczny sposób oddziela cechy odporności od drobnoustrojów, które je przenoszą. Zwiększanie wydajności dzięki inteligentnym dodatkom Wydajność ulega dalszej poprawie, gdy wermikompostowanie jest połączone z materiałami funkcjonalnymi, takimi jak biowęgiel, zeolit lub minerały ilaste. Dodatki te mogą adsorbować antybiotyki i metale ciężkie, łagodząc stres u dżdżownic i drobnoustrojów, jednocześnie stabilizując zanieczyszczenia i zmniejszając presję selektywną sprzyjającą opornym bakteriom. W badaniach podsumowanych przez autorów połączenie dżdżownic z biowęglem lub dodatkami mineralnymi zwiększyło wzrost dżdżownic, przyspieszyło degradację materii organicznej, poprawiło humifikację i zwiększyło tempo usuwania zarówno genów odporności, jak i markerów odporności na metale ciężkie. Razem aktywność dżdżownic, biochemia pochodząca ze śluzu i dostosowane dodatki tworzą wielopoziomowy system ochrony, który działa od cząsteczek po całe ekosystemy. Rezultatem jest solidniejsza i stabilniejsza redukcja genów oporności na antybiotyki, niż jest to zwykle osiągane w przypadku samego konwencjonalnego kompostowania, przy jednoczesnej produkcji wysokiej jakości nawozu organicznego, który może poprawić strukturę gleby, retencję wody i odżywianie roślin. Od obiecujących wyników laboratoryjnych do rzeczywistości terenowej Pomimo tych zalet autorzy ostrzegają, że zanim wermikompostowanie będzie można zastosować na szeroką skalę jako strategia kontroli oporności na antybiotyki, pozostaną poważne wyzwania. Różne gatunki dżdżownic różnią się tolerancją na antybiotyki i warunkami środowiskowymi, a kluczowe parametry operacyjne, takie jak gęstość obsady, skład surowca, temperatura i wilgotność, muszą być dostosowane do każdego rodzaju odpadów rolniczych. Wielkoskalowe systemy muszą również uwzględniać wrażliwość klimatyczną, konstrukcję reaktora, automatyzację i logistykę utrzymania zdrowych populacji dżdżownic na skalę przemysłową. Kolejną otwartą kwestią jest długoterminowy los wszelkich genów oporności, które pozostają w wermikompostie po zastosowaniu go na polach. W przeglądzie wzywa się do wieloletnich badań terenowych i realistycznych ocen ryzyka, aby zrozumieć, czy resztkowe geny można reaktywować pod wpływem nowych czynników stresowych, takich jak metale ciężkie lub dodatkowe stosowanie antybiotyków. Autorzy argumentują, że przyszłe prace powinny integrować narzędzia multiomiczne, modele sztucznej inteligencji i zaprojektowane systemy oczyszczania, które łączą wstępną obróbkę termiczną, wermikompostowanie i ukierunkowane etapy polerowania, takie jak zastosowanie enzymów lub fagów. „Oporność na antybiotyki to złożony problem ogólnosystemowy i żadna pojedyncza technologia go nie rozwiąże” – zauważa Yang. „Ale dzięki połączeniu dżdżownic i nowoczesnej biotechnologii wermikompostowanie oferuje praktyczną drogę do uczynienia recyklingu nawozu bezpieczniejszym dla rolników, konsumentów i środowiska.” Źródło: Shenyang Agricultural University Referencje w czasopiśmie: Li B, Zeng Y, Li Z, Cheng S, Hu S i in. 2025. Mechanizmy i wyzwania w ograniczaniu genów oporności na antybiotyki poprzez wermikompostowanie. Biozanieczyszczenia. https://www.maxapress.com/article/doi/10.48130/biocontam-0025-0021
已Opublikowany: 2026-01-10 02:26:00
źródło: www.news-medical.net
