Abundances of Tetracycline, Sulphonamide and Beta-Lactam Antibiotic Resistance Genes in Conventional Wastewater Treatment Plants (WWTPs) with Different Waste Load

Peer reviewe

Reoveepuhastuse käsiraamat

Vett vajavad eluks kõik meie planeedil elavad organismid, sh inimesed. Eestis kasutatakse olmes ja tootmises nii pinna- kui ka põhjavett. Suur osa sellest jõuab kanalisatsiooni ning tuleb enne loodusesse tagasi juhtimist või taaskasutamist puhastada. Seda tehakse reoveepuhastis, milles kulgevate keerukate protsesside rakendamiseks on vaja mitmesuguseid seadmeid ning haritud insenere ja töömehi. Aegade jooksul on Eestis välja antud palju juhendeid ning mõni kanalisatsiooni ja veekaitset käsitleva õpikki, aga kõiki reovee puhastamisega seotud aspekte ühiste kaante vahel varem käsitletud ei ole. Ometi on meil olemas hulk spetsialiste, kes oma lausa legendaarsetelt vanema põlvkonna õpetlastelt ja inseneridelt saadud erialateadmisi järjepidevalt täiendavad ja edasi annavad. Reoveekäitlus on kallis ning selle areng sai Eestis suure tõuke käesoleva sajandi alguses, mil tekkis võimalus kasutada Keskkonnainvesteeringute Keskuse (SA KIK) ja Euroopa Liidu tugiprogrammide toetusi. Kuigi veevarustuse ja kanalisatsiooni suuremad projektid on tänaseks lõppenud ning veevarustus- ja kanalisatsioonitööde hüppelist kasvu ei ole ette näha, tuleb neid süsteeme siiski käigus hoida, arendada ja optimeerida. Keskkonnaministeerium on aastaid korraldanud hankeid reoveepuhastite operaatorite koolitamiseks. Alates 2017. aastast on võimalik Järvamaa Kusehariduskeskuses omandada veekäitlusoperaatori kutse ning Tallinna Tehnikaülikoolis, Eesti Maaülikoolis ja Tartu Ülikoolis koolitatakse reoveekäitluse insenere ja tehnolooge. Kuigi reoveekäitluse eriala on võimalik õppida erineva taseme (kutse- või kõrghariduse vormis) õppekavade järgi, on puudu tänapäevasel tasemel õppekirjandusest, sest viimased põhjalikumad eestikeelsed õpikud pärinevad 1980-ndate esimesest poolest. Nagu muudki majandusvaldkonnad, areneb reovee puhastamine tänapäeval väga kiiresti. Täienevad standardid ning õigusaktidki. Et ajaga kaasas käia, peavad vee- ja reoveevaldkonnas tegutsejad end pidevalt täiendama: lugema erialaõpikuid, tuhlama internetis, külastama reoveepuhasteid ja messe ning tundma huvi selle vastu, mida teevad erialaorganisatsioonid. Meie vee puhtus põhineb ju erialasel pädevusel. Käesolev käsiraamat on valminud projekti LIFE IP CleanEST raames, mida rahastavad Euroopa Komisjoni LIFE-programm ja Eesti riik. Raamatu koostamisel püüti olla nii põhjalik, et seda saaks kasutada kutse- ja kõrgkoolis õpetamisel, oleks aga arusaadav ka neile veemajanduse valdkonna inimestele, kelle töökohustuste hulka reovee puhastamine ei kuulu. Et reoveekäitlus on väga lai ning kiiresti arenev valdkond, ei pruugi raamatus olla kajastatud kõik puhastustehnoloogiad ja -võtted, ent 4 andsime endast parima, et peamine käsitletud saaks. Kuigi raamatu kirjutamisel tugineti suuresti erialastandarditele (peamiselt Saksa normidele) ning välismaistele kõrgkooliõpikutele, arvestati ka teadusuuringute tulemusi, milles on varasemaid teadmisi oluliselt täpsustatud või lausa ümber kujundatud. Erilist rõhku on pööratud eestikeelsele oskussõnavarale, et aidata ühtlustada eri erialade inimeste keelepruuki. Eestikeelsed terminid seoti peamiselt maailma teaduskeele lingua franca'ks kujunenud inglise keelega, ent ka vene keelega, sest arvestatav osa reoveepuhastite operaatoritest on venekeelsed. Oskussõnavalimiku koostasid Aleksander Maastik, Raili Kärmas, Karin Pachel, Vallo Kõrgmaa, Mait Kriipsalu ja Vjačeslav Mutavči, tuginedes peamiselt standardile EVS-EN 16323. Käsiraamatu koostasid Eesti juhtivad teadlased ja erialaspetsialistid, kelle põhitöökohaks on mõni Eesti õppeasutus või projekteerimis- ja konsultatsiooniettevõte. Raamat valmis tänu nende inimeste pikaajalisele ja heale koostööle. Suur tänu kõigile, kes oma pingelise töö kõrvalt leidsid piisavalt aega peatükkide kirjutamiseks ja/või kolleegide kirjutatu retsenseerimiseks. Avaldame siirast tänu emeriitprofessor Aleksander Maastikule, kes ühtlustas autorite esialgsed tekstid lihtsamini loetavaks. Illustreerivad fotod püüdsime valida autorite isiklikest arhiividest ning valdav osa skeemidest on autorite koostatud. Muude autorite jooniseid on vajadusel eestindanud või kohandanud. Kasutatud allikatele on viidatud õpiku põhijaotiste kaupa. Lugeja peab silmas pidama, et viidatud on õigusaktide 2023. aastal kehtivale versioonile, ning et alati on vaja kontrollida, ega seda muudetud ole. Head lugemist! Vallo Kõrgmaa ja Mait KriipsaluKäsiraamat on valminud LIFE IP CleanEST projekti raames, mida rahastavad Euroopa Komisjoni LIFE programm ja Eesti riik. LIFE programmi rahastusleping nr LIFE17 IPE/EE/000007. Käsiraamat kajastab autorite seisukohti ja Euroopa Komisjon ei vastuta sisu kasutamise eest.Käsiraamat on valminud LIFE IP CleanEST projekti raames, mida rahastavad Euroopa Komisjoni LIFE programm ja Eesti riik. LIFE programmi rahastusleping nr LIFE17 IPE/EE/000007. Käsiraamat kajastab autorite seisukohti ja Euroopa Komisjon ei vastuta sisu kasutamise eest

Marine chemical contaminants – support to the harmonization of MSFD D8 methodological standards: Matrices and threshold values/reference levels for relevant substances

According to the Article 17(2) of the Marine Strategy Framework Directive (MSFD), Member States have to review and update their marine strategies every six years. This requires updates of the MSFD Articles 8, 9 and 10 by 2018. The current report provides an overview of the substances, matrices and threshold values that Member States intend to use for the assessment of the Descriptor 8 in this MSFD reporting cycle. This compilation aims at evaluating gaps and discrepancies between Member States and identifying aspects that need further harmonization. It also helps understand which issues should be addressed to achieve consistency with the new MSFD Commission Decision (EU 2017/848). The information has been gathered from the contributions of the MSFD Expert Network on Contaminants, an informal network established to support MSFD implementation. This work is part of a process to help regulators to assess relevant contaminants in their jurisdictional area, thus aiming at EU national authorities but also at Regional Sea Conventions in the shared marine basins.JRC.D.2-Water and Marine Resource

A global multinational survey of cefotaxime-resistant coliforms in urban wastewater treatment plants

The World Health Organization Global Action Plan recommends integrated surveillance programs as crucial strategies for monitoring antibiotic resistance. Although several national surveillance programs are in place for clinical and veterinary settings, no such schemes exist for monitoring antibiotic-resistant bacteria in the environment. In this transnational study, we developed, validated, and tested a low-cost surveillance and easy to implement approach to evaluate antibiotic resistance in wastewater treatment plants (WWTPs) by targeting cefotaxime-resistant (CTX-R) coliforms as indicators. The rationale for this approach was: i) coliform quantification methods are internationally accepted as indicators of fecal contamination in recreational waters and are therefore routinely applied in analytical labs; ii) CTX-R coliforms are clinically relevant, associated with extended-spectrum ?-lactamases (ESBLs), and are rare in pristine environments. We analyzed 57 WWTPs in 22 countries across Europe, Asia, Africa, Australia, and North America. CTX-R coliforms were ubiquitous in raw sewage and their relative abundance varied significantly (< 0.1% to 38.3%), being positively correlated (p < 0.001) with regional atmospheric temperatures. Although most WWTPs removed large proportions of CTX-R coliforms, loads over 103 colony-forming units per mL were occasionally observed in final effluents. We demonstrate that CTX-R coliform monitoring is a feasible and affordable approach to assess wastewater antibiotic resistance status

Multidrug resistant Pseudomonas aeruginosa in Estonian hospitals

Abstract Background We aimed to identify the main spreading clones, describe the resistance mechanisms associated with carbapenem- and/or multidrug-resistant P. aeruginosa and characterize patients at risk of acquiring these strains in Estonian hospitals. Methods Ninety-two non-duplicated carbapenem- and/or multidrug-resistant P. aeruginosa strains were collected between 27th March 2012 and 30th April 2013. Clinical data of the patients was obtained retrospectively from the medical charts. Clonal relationships of the strains were determined by whole genome sequencing and analyzed by multi-locus sequence typing. The presence of resistance genes and beta-lactamases and their origin was determined. Combined-disk method and PCR was used to evaluate carbapenemase and metallo-beta-lactamase production. Results Forty-three strains were carbapenem-resistant, 11 were multidrug-resistant and 38 were both carbapenem- and multidrug-resistant. Most strains (54%) were isolated from respiratory secretions and caused an infection (74%). Over half of the patients (57%) were ≥ 65 years old and 85% had ≥1 co-morbidity; 96% had contacts with healthcare and/or had received antimicrobial treatment in the previous 90 days. Clinically relevant beta-lactamases (OXA-101, OXA-2 and GES-5) were found in 12% of strains, 27% of which were located in plasmids. No Ambler class B beta-lactamases were detected. Aminoglycoside modifying enzymes were found in 15% of the strains. OprD was defective in 13% of the strains (all with CR phenotype); carbapenem resistance triggering mutations (F170 L, W277X, S403P) were present in 29% of the strains. Ciprofloxacin resistance correlated well with mutations in topoisomerase genes gyrA (T83I, D87N) and parC (S87 L). Almost all strains (97%) with these mutations showed ciprofloxacin-resistant phenotype. Multi-locus sequence type analysis indicated high diversity at the strain level – 36 different sequence types being detected. Two sequence types (ST108 (n = 23) and ST260 (n = 18)) predominated. Whereas ST108 was associated with localized spread in one hospital and mostly carbapenem-resistant phenotype, ST260 strains occurred in all hospitals, mostly with multi-resistant phenotype and carried different resistance genotype/machinery. Conclusions Diverse spread of local rather than international P. aeruginosa strains harboring multiple chromosomal mutations, but not plasmid-mediated Ambler class B beta-lactamases, were found in Estonian hospitals. Trial registration This trial was registered retrospectively in ClinicalTrials.gov (NCT03343119)

Normalised ARG abundances.

<p>Antibiotic resistance gene copy numbers normalised to 16S rRNA gene copy numbers. The results are given for all samples for one gene for a WWTP, no seasonal comparison. Statistically significant comparison results are marked with *** at p<0.01, *0.03>p>0.01. The line in each box marks the median and boxes: 25th and 75th percentiles; whiskers: 5th and 95th percentiles and outliers ±1.5 * IQR.</p

Raw gene copy numbers detected in a WWTP sample (copy number/ml).

<p>A - 16S rRNA gene in inflow (IF) and effluent (EF). Assay1 was used only for samples from large WWTP (Helsinki) from Winter 2010 to Autumn 2011; B–Antibiotic resistance genes (ARGs). Statistical significance between inflow wastewater and effluent samples: *** - p<0.01; *0.03>p>0.01. For the pairs not marked the statistical difference between inflow and outflow was statistically insignificant. The line in each box marks the median and boxes: 25th and 75th percentiles; whiskers: 5th and 95th percentiles and outliers ±1.5 * IQR. See <a href="http://www.plosone.org/article/info:doi/10.1371/journal.pone.0103705#pone.0103705.s001" target="_blank">Figure S2 in File S1</a> for abundances of same genes presented by each sampling event.</p

Detection of ARGs in different WWTPs (total of all analyses per gene, n = 15).

<p>Only genes that were sometimes not detected are given. sul1, sul2 and tetM were detected 100% in all IF and EF samples from the WWTPs.</p

Primers used for detecting the target genes and the melting temperatures (Tm) used for primers.

<p>qPCR amplification efficiency is given for 16S RNA gene and for ARGs, R² of the linear range of standards was always >0.99.</p