Исследование сточных вод туалетов самолётов

44 рейса из 9 стран - Индия, Великобритания, Германия, Франция, ОАЭ, Турция, Южная Африка, Япония, Индонезия

Николас Дж. Эшболт (Nicholas J. Ashbolt), Университет Аделаиды, Венди Дж. М. Смит (Wendy J. M. Smith), Метасебиа Гебреволд (Metasebia Gebrewold), Стюарт Л. Симпсон (Stuart L. Simpson), Уориш Ахмед (Warish Ahmed), CSIRO Окружающая среда, Австралия, Иши Кинум (Ishi Keenum), Мичиганский технологический университет, США, Явен Лю (Yawen Liu), Синьхонг Ван (Xinhong Wang), Сямэньский университет, Китай, "Наблюдение за движением генов устойчивости к противомикробным препаратам в сточных водах туалетов самолётов: исследование, подтверждающее концепцию", Журнал "Спектр микробиологии" (Microbiology Spectrum), 13(7), 28 мая 2025 г.

Глобальное распространение инфекционных заболеваний ускорилось благодаря межконтинентальным авиаперелетам. Известно, что различные патогены человека, включая микобактерии туберкулеза (M. tuberculosis), вирус гриппа А, полирезистентные бактерии и SARS-CoV-2, распространяются воздушным транспортом, что может спровоцировать или способствовать распространению вспышек инфекционных заболеваний по всему миру.

Анализ проб сточных вод с воздушных судов может стать эффективным инструментом для поддержки существующих мер по управлению рисками для общественного здравоохранения. Пассажиры, инфицированные патогенами, вероятно, выделяют их со стулом и биологическими жидкостями (например, мочой, слюной, мокротой и т. д.) при пользовании туалетами на борту самолета. Недавнее исследование Найта и соавторов выявило, что сточные воды самолетов являются потенциальным путем трансграничной передачи устойчивости к противомикробным препаратам (AMR) и ценным инструментом для глобального наблюдения за этим.

Устойчивые к антибиотикам бактерии (ARB) являются одной из основных угроз общественному здоровью в мире, ответственной, по оценкам, за 1,27 миллиона смертей в 2019 году и, по прогнозам, будут кумулятивно расти с 2025 по 2050 год, что приведет к более чем 39 миллионам смертей, напрямую связанных с устойчивостью к противомикробным препаратам.

Исследование, проведенное в международном аэропорту, показало, что более 90% изолятов Escherichia coli (E. coli) из сточных вод самолетов устойчивы по крайней мере к одному широко используемому антибиотику, по сравнению с 45%–60% для местных неочищенных сточных вод. Среди инфекций Pseudomonas aeruginosa и Enterobacter spp., определены как критические бактерии с множественной лекарственной устойчивостью, которые создают серьезные терапевтические проблемы во всем мире.

В данной работе демонстрируется осуществимость и применимость наблюдения за AMR в сточных водах с борта самолета путем (1) изучения и сравнения распространенности фекальных индикаторных бактерий (FIB), нескольких генов-маркеров фекалий/мочи, патогенов ESKAPE и клинически значимых ARG в образцах сточных вод из туалетов самолетов, собранных в ходе 44 рейсов в Австралию, и (2) оценки влияния дезинфицирующих средств на персистенцию нуклеиновых кислот для поддержки наблюдения за сточными водами с борта самолета. Наши предварительные результаты предоставляют данные, необходимые для улучшения глобальной сети наблюдения для картирования передачи AMR и потенциального раннего предупреждения о возникающих угрозах общественному здоровью.

Объединенные пробы сточных вод (от 500 мл до 1 л) собраны из сточных вод, выходящих из туалетов 44 рейсов, приземлившихся в Международном аэропорту Дарвина (DRW), Северная Территория, Австралия, в период с 8 ноября 2020 г. по 7 сентября 2021 г. Эти пробы хранились в лаборатории при температуре 20C и ранее использовались для скрининга SARS-CoV-2.

Образцы сточных вод собраны с международных рейсов, вылетевших из 9 разных стран, включая 18 рейсов из Индии, 14 рейсов из Великобритании, 6 рейсов из Германии и отдельные рейсы из Франции, ОАЭ, Турции, Южной Африки, Японии и Индонезии. Все рейсы дальнемагистральные и длились более 6 часов, за исключением одного рейса из Индонезии, длительностью 2,5 часа. На каждом рейсе находилось 94–195 пассажиров. Выбор рейсов предполагал, что пассажиры будут принимать пищу один или несколько раз, чаще пользоваться туалетом во время полета и, вероятно, справлять нужду на борту. Отбор проб сточных вод производился с помощью специально разработанной ловушки, способной удерживать аликвоту пробы сточных вод, выходящей из туалета самолета перед поступлением в систему сбора отходов.

Распад нуклеиновых кислот в сточных водах во время полета в присутствии дезинфицирующих средств и при постоянной температуре 15C исследовался путем создания лабораторных микрокосмов, имитирующих условия туалета самолета. Образцы сточных вод, использованные для микрокосмов, представляли собой композитные пресные (т.е. использованные сразу после сбора) пробы сточных вод, собранные на входе в очистные сооружения. Образцы городских сточных вод использовались вместо сточных вод самолетов из-за отсутствия доступа к пресным образцам сточных вод самолетов.

Затем композитный образец сточных вод смешивали с гелем Novirusac Gel Bulk (Австралия) – дезинфицирующей жидкостью медицинского класса, которая обычно добавляется в бак австралийского самолета перед вылетом в трех различных пропорциях (0,1%, 1% и 10%). Гель Novirusac Bulk состоит из гексиленгликоля, бензалкония хлорида, этоксилированного дидецилметиламмония пропионата, N-(3-аминопропил)-N-додецил-1,3-пропандиамина, этаноламина и воды. 1%-ное разбавление геля Novirusac рекомендуется для повседневного использования в рециркуляционных туалетах самолетов.

Коэффициенты разбавления 0,1% и 10% выбраны для учета как эффекта разбавления целевых концентраций, так и наихудших сценариев деградации целевого компонента в пробах сточных вод воздушного судна. Затем микрокосмы (стерильные пробирки Эппендорф объемом 5 мл с крышками) аликвотированы в 3 повторах из 3 смесей сточных вод и дезинфицирующих средств, каждая с разной степенью разбавления, и инкубировались при 15C в водяной бане, оснащенной термостатом для поддержания постоянной температуры. Контрольная микрокосма, аликвота которой взята из композитного образца сточных вод без добавления дезинфицирующего средства, инкубировалась вместе с другими микрокосмами.

Все микрокосмы инкубировались до 24 часов, что соответствует максимальной продолжительности полета. Контрольный микрокосм, а также биологические микрокосмы в 3 повторах для каждой группы разбавления, извлекали из водяной бани в 0 ч (начало инкубации), через 3 ч, 6 ч, 9 ч, 12 ч, 15 ч и 24 ч, а затем хранили при температуре 4C в течение ночи. Нуклеиновые кислоты из образцов сточных вод выделяли на следующий день.

Образцы сточных вод из туалетов самолёта размораживали в течение ночи при температуре 4°C. Как микрокосмы, так и пробы сточных вод самолёта обрабатывали в соответствии с протоколом. Аликвоты объёмом 0,2 мл каждой пробы сточных вод самолёта центрифугировали при 21 000 g в течение 3 минут, а надосадочную жидкость удаляли. Полученные осадки подвергали выделению нуклеиновых кислот с помощью набора DNeasy Blood and Tissue. Каждый осадок ресуспендировали в 180 мкл буфера ATL, затем добавляли 20 мкл протеиназы К. Смесь тщательно перемешивали вортексом и инкубировали при 56C в течение 60 минут. После инкубации добавляли 200 мкл буфера AL и инкубировали при 56°C в течение 10 минут. Затем добавляли 200 мкл этанола, полученный раствор наносили на спин-колонки, переносили в роторный адаптер платформы QIAcube Connect и обрабатывали согласно инструкции производителя. Нуклеиновые кислоты экстрагировали и элюировали в 200 мкл воды, свободной от RNase, для образцов сточных вод самолётов и микрокосмов. Хранили при -20°C до проведения PCR-анализа.

Обнаружено 9 высокоприоритетных патогенов и супербактерий, в том числе некоторые, приобретенные в больницах и устойчивые к нескольким препаратам. Использовали передовые молекулярные методы для анализа генетических сигнатур супербактерий и профилей генов устойчивости к антибиотикам (ARG). 5 из 9 супербактерий обнаружены во всех 44 образцах, взятых с рейсов, в то время как ген, обуславливающий устойчивость к антибиотикам последнего поколения, обнаружен в 17 образцах. Примечательно, что этот ген отсутствовал в городских сточных водах Австралии за тот же период, что позволяет предположить его вероятное занесение с помощью международных рейсов.

Рейсы из Азии, особенно из Индии, демонстрировали более высокую концентрацию генов устойчивости к антибиотикам по сравнению с рейсами из Европы и Великобритании. Эти различия могут быть связаны с различиями в использовании антибиотиков, качестве воды, плотности населения и политике общественного здравоохранения в разных регионах.

В исследовании также проверялось, разрушают ли дезинфицирующие средства, используемые в туалетах самолетов, генетический материал. Результаты показали, что нуклеиновые кислоты сохраняют стабильность до 24 часов даже в присутствии сильных дезинфицирующих средств, что подтверждает надежность анализа сточных вод самолетов для целей мониторинга.

Профили патогенов, включая патогены ESKAPE (Salmonella spp., Mycobacterium spp., Enterococcus faecium, Staphylococcus aureus, Klebsiella pneumoniae, Acinetobacter baumannii и Pseudomonas aeruginosa) и гены устойчивости к антибиотикам (ARG) (aph(3’)-IIIa, blaNDM-1, blaCTX_M-1, blaKPC, ermB, qnrS, sul1, tetM и vanA), исследовались вместе с традиционными бактериями-индикаторами фекалий (Escherichia coli и Enterococcus spp.) и генами-маркерами фекалий/мочи (Bacteroides HF183, Carjivirus, вирус полиомы человека и криптическая плазмида pBI143) с использованием количественной количественной полимеразной цепной реакции qPCR - метод молекулярной биологии, используемый для количественного определения ДНК или РНК в образце.

Во всех образцах сточных вод с самолетов обнаружены 2 бактерии-индикаторы фекалий (FIB) и 4 гена-маркера фекалий/мочи человека. Частота обнаружения патогенов ESKAPE варьировалась от 6,8% (S. aureus) до 84,1% (K. pneumoniae). Из всех целевых ARG, aph(3’)-IIIa, ermB, qnrS, sul1 и tetM обнаружены во всех образцах сточных вод. Результаты отразили географические различия в распространенности ARG, происходящих из стран/континентов отправления, и указали на потенциальный риск импорта ARG. Потеря целевых нуклеиновых кислот составила менее 10% в течение 24-часовой инкубации в присутствии дезинфицирующих средств, что позволяет предположить, что нуклеиновые кислоты достаточно устойчивы, чтобы сохраняться в сточных водах самолета в течение максимальной продолжительности полета.

Для всех анализов коэффициенты корреляции (r) стандартных кривых находились в диапазоне от 0,994 до 1, а эффективность - в диапазоне от 90% до 110%. ALOD для каждого анализа варьировалась от 4 GC/реакцию до 10 GC/реакцию.

Нуклеиновые кислоты всех эндогенных мишеней были обнаружены в течение 24-часовой инкубации при 15C. После 24-часовой инкубации процентное снижение концентрации гена рРНК ENT 23S, вируса Карджи и tetM в контрольном образце микрокосма составило 6,2%, 6,1% и 8,4% соответственно. Для образцов микрокосма при степенях разбавления 0,1%, 1% и 10% средний процент снижения концентрации (%) увеличился с 3,5% до 4,0% для гена рРНК ENT 23S, с 1,1% до 5,1% для вируса Карджи и с 4,8% до 6,3% для tetM.

Во всех образцах сточных вод с самолетов (n = 44) обнаружены 2 гена FIB: 23S рРНК E. coli и 23S рРНК ENT, а также 4 гена маркеров фекалий/мочи человека: HF183, pBI143, Carjivirus и HPyV. Концентрации генов E. coli 23S рРНК, генов ENT 23S рРНК, HF183, pBI143, вируса Карджи и HPyV варьировались от 6,72 до 9,87 log10 GC/L, от 8,76 до 11,7 log10 GC/L, от 6,80 до 9,89 log10 GC/L, от 7,98 до 11,67 log10 GC/л, от 7,54 до 11,0 log10 GC/L и от 4,06 до 8,34 log10 GC/L соответственно. Однофакторный дисперсионный анализ выявил значимые различия в концентрациях генов E. coli 23S рРНК, генов ENT 23S рРНК, HF183, pBI143 и вируса Карджи среди рейсов из Индии, Великобритании и Германии. Значительно более низкие концентрации этих 5 маркеров в пробах сточных вод самолетов наблюдались на рейсах из Индии по сравнению с рейсами из Великобритании, за исключением E. coli, которая была значительно выше на рейсах из Индии, чем на рейсах из Великобритании. Аналогичные закономерности обнаружены для образцов сточных вод самолетов при дифференциации по континенту отправления. Образцы сточных вод на рейсах из Азии показали значительно более низкие концентрации гена ENT 23S рРНК, HF183, pBI143 и вируса Карджи, чем на рейсах из Европы. Концентрации гена E. coli 23S рРНК значительно выше на рейсах из Азии по сравнению с рейсами из Европы. Была обнаружена значимая корреляция между концентрацией HPyV и количеством пассажиров.

Отмечая более короткую продолжительность перелета из Азии (с 2 ч 13 мин до 9 ч 38 мин) по сравнению с Европой (с 15 ч 20 мин до 15 ч 49 мин), результаты показали относительно более высокие фекальные маркеры на более дальних рейсах. Для HPyV, который в основном выделяется с мочой и/или калом, его значимая корреляция с количеством пассажиров, наряду с отсутствием значительных различий в концентрации между рейсами из Азии и Европы, может быть связана с в целом более высокой вероятностью мочеиспускания по сравнению с дефекацией среди пассажиров во время полетов. Высокая частота мочеиспускания также отражалась в сравнительно высоком содержании распространённых уропатогенов, таких как K. pneumoniae и E. faecium, среди патогенов, исследованных в пробах сточных вод из туалетов самолётов

Теперь у нас есть инструменты, позволяющие превратить туалеты на борту самолетов в систему раннего оповещения о заболеваниях для более эффективного управления общественным здравоохранением, - говорит доктор Уориш Ахмед.

22.08.2025

Комментарий:

Шнобелевская премия 2022 года по технической безопасности

Лоси Скандинавии выбегают на дороги с пугающей скоростью, вызывают смертельные столкновения с легковыми автомобилями. Разработка манекена для аварийных тестов лося привела инженера Магнуса Генса к Шнобелевской премии 2022 года по технической безопасности
подробнее

Шнобелевская премия - 2001 - мир

Вилюмас Малинаускас, (Viliumas Malinauskas), Литва — за создание парка развлечений, неофициально называемого «Сталин Ворлд» (Stalin World). Малинаускас разместил в парке собранные им памятники (60 шт) вождям социализма и советскую идеологическую символику
подробнее

Источник - пресса

Шнобель Процедура Пресса Анналы Архив Статьи Шнобелист