Новости

Jul 31, 2023

Стратегии обработки свиного навоза для предотвращения распространения устойчивости к антибиотикам

Том 13 научных докладов, номер статьи: 11999 (2023) Цитировать эту статью 731 Доступ 2 Подробности альтметрических показателей Из-за риска возникновения патогенных, устойчивых к антибиотикам бактерий и их

Научные отчеты, том 13, Номер статьи: 11999 (2023) Цитировать эту статью

731 Доступов

2 Альтметрика

Подробности о метриках

Из-за риска передачи патогенных бактерий, устойчивых к антибиотикам, и их генов устойчивости к антибиотикам из фекалий домашнего скота в почву и возделываемые культуры, крайне важно найти эффективные методы обработки навоза на фермах, чтобы минимизировать этот опасный потенциал. Введенная во всем мире политика устойчивого развития с упором на экологическое сельскохозяйственное производство и циркулярную экономику, направленную на сокращение использования искусственных удобрений; следовательно, такие методы обработки должны также максимизировать удобрительную ценность навоза животных. В этом исследовании предлагаются две стратегии переработки свиного навоза — хранение и компостирование. В настоящем исследовании изучаются изменения физико-химических свойств обработанного навоза, микробиома и резистома по сравнению с сырым навозом. Это первый такой комплексный анализ, проведенный на одной и той же партии навоза. Наши результаты показывают, что, хотя ни один из процессов не устраняет экологический риск, компостирование приводит к более быстрому и более выраженному сокращению мобильных генетических элементов, несущих гены устойчивости к антибиотикам, в том числе ответственных за множественную лекарственную устойчивость. В целом, процесс компостирования может стать эффективной стратегией смягчения распространения устойчивости к антибиотикам в окружающей среде и снижения риска ее передачи сельскохозяйственным культурам и пищевой цепочке, обеспечивая при этом необходимые ингредиенты удобрений.

Растущий спрос на мясо привел к увеличению свиноводства во всем мире. Ежегодное мировое производство свиней выросло за последние 50 лет, достигнув примерно 120 миллионов тонн в 2018 году. По оценкам, общее потребление свинины вырастет на 13% в 2030 году и на 22% в 2050 году по сравнению с 2020 годом1. Основными производителями свинины являются Китай ( (45% мирового производства), за ними следуют США, Германия, Испания и Вьетнам2, причем на эти пять стран приходится почти 65% мирового производства свинины. В то время как в ЕС антибиотики применяются только для лечения бактериальных инфекций, в некоторых других странах их также обычно применяют для стимулирования роста и повышения эффективности производства; в этих странах ежегодно во всем мире скоту применяется около 66 667 тонн антибиотиков3. Однако из-за связи между применением антибиотиков в животноводстве и возникновением устойчивости к антибиотикам у патогенных бактерий использование антибиотиков в качестве стимуляторов роста ограничено и запрещено в ЕС с 20064 года; его использование также ограничено в США с 2017 г.5 и в Китае с 2020 г.6. Тем не менее, Китай остается крупнейшим производителем и потребителем антибиотиков, 52% из которых используются в животноводстве7.

Хотя желудочно-кишечная микробиота свиней содержит разнообразную популяцию бактерий, которые, как известно, поддерживают здоровье хозяина, они также могут быть источником генов лекарственной устойчивости. Интенсивные животноводческие фермы характеризуются сочетанием высокой бактериальной нагрузки и высокого антимикробного отбора: условий, которые, как известно, способствуют появлению устойчивых к противомикробным препаратам бактерий (ARB) и генов устойчивости к антибиотикам (ARG)8. Кроме того, нарушения микробиоты кишечника могут усиливать перенос ARG или увеличивать количество выделяемого ARB от животного.

Обычно более половины введенной дозы антибиотиков выводится в неизмененном виде с мочой и калом. Лишь небольшое количество антибиотиков частично метаболизируется в организме животного-хозяина с образованием микробиологически активных или неактивных метаболитов. Например, в печени энрофлоксацин частично (<25%) метаболизируется до ципрофлоксацина, тогда как сульфаниламиды метаболизируются в небольшой степени до менее активных N4-ацетилосульфонамидов; в обоих случаях продукты микробиологически активны9.

Поскольку одна свинья может производить до 6,4 кг влажного навоза в день10, крупные животноводческие предприятия производят огромное количество фекалий животных, в результате чего во всем мире ежегодно производится 1,7 миллиарда тонн фекалий11. Только на свинофермах Германии, Испании, Великобритании и Нидерландов годовое производство навоза составляет более 120 миллионов тонн12. Самый простой и дешевый способ утилизации таких отходов – внесение в землю; однако навоз домашнего скота был идентифицирован как резервуар антибиотиков, АРГ и потенциально патогенных АРА, что представляет значительную угрозу для здоровья животных и человека. Действительно, свиной навоз считается ключевым источником распространения устойчивости к антибиотикам в окружающей среде13,14. Конечно, известно, что прямое применение навоза, полученного от сельскохозяйственных животных, обработанных антибиотиками, подвергает сельскохозяйственные районы воздействию высоких уровней антибиотиков. В зависимости от физико-химических свойств антибиотика и состава почвы соединения могут оставаться в почве, внесенной навозом, или переноситься в грунтовые и поверхностные воды путем вымывания или стока. Кроме того, загрязняющие вещества могут переноситься водой на большие расстояния и влиять на всю водную экосистему. Кроме того, скорость деградации варьируется в зависимости от типа антибиотика и во многих случаях может быть очень низкой в ​​течение 30 дней14. Находясь в почве, соединения могут поглощаться сельскохозяйственными культурами, где они накапливаются, а затем попадают в пищевую цепь. Кроме того, постоянное присутствие низкой концентрации антибиотиков и их активных остатков в окружающей среде благоприятствует селекции устойчивых бактерий14.