Odstraňování antibiotik a rezistentních bakteriálních genů z odpadních vod pomocí inovativní technologie na bázi síranových radikálů

Bakteriální rezistence vůči antibiotikům patří k aktuálním výzkumným trendům v environmentální chemii a mikrobiologii. Co do počtu publikací se téma rezistentních genů (ARG) řadí na 3. místo v environmentálních tématech, za klimatickou změnu a pandemii COVID-19. Téma ARG je i tématem předkládaného projektu, který cílí na ohniska šíření ARG - čistírny odpadních vod (ČOV). Vyústění městských ČOV do povrchových vod byla identifikována jako jednoznačné hot spoty šíření ARG v životním prostředí. Nemocniční odpadní vody často obsahují tzv. multirezistentní bakterie, které disponují několika ARG současně. V praxi nejsou infekce multirezistentními bakteriemi léčitelné ani kombinací antibiotik a končí úmrtími pacientů. Nemocnice proto přistupují k sofistikovaným dezinfekčním opatřením jak v interiéru, tak co se dezinfekce odpadních vod týká. Navzdory drastickým opatřením (např. chloraci) obsahují nemocniční odpadní vody při vstupu na městské ČOV významné množství ARG, z nichž část prochází ČOV a stává se součástí efluentu ČOV do povrchových vod. Podobně je to s rezidui antibiotik, jejichž koncentrace v efluentu ČOV mohou přesahovat 1 µg/l. Antibiotika patří k nově identifikovaným mikropolutantům. Jejich negativní vliv na životní prostředí spočívá jednak v ekotoxicitě pro vodní organismy, jednak v selektivním působení na bakteriální společenstva ve smyslu šíření ARG. I když většina stávajících studií korelaci pozaďových koncentrací antibiotik a ARG nepotvrzuje, ve vědeckých kruzích dosud vzhledem k nízkému počtu takovýchto studií nepanuje konsensus. Namístě je proto věnovat oběma faktorům velkou pozornost, protože potenciál škod plynoucích z masivního šíření ARG v bakteriálních komunitách je enormní. Cílem předkládaného projektu ARGASO je optimalizovat procesy založené na oxidativním čištění vod pomocí síranových radikálů (SR-AOP) k dočišťování efluentů ČOV právě od reziduí antibiotik a ARG. Síranové radikály představují silný oxidant s předpokladem uspět i v obtížnější části tohoto úkolu, kterým je nejen baktericidní účinek, ale i inaktivace bakteriálního genetického materiálu. K dosažení cíle budou využity výpočetní a experimentální techniky na mnoha úrovních komplexnosti. Výpočetní přístupy (DFT, QSAR) poskytnou vodítko pro chování molekul oxidantu a cílových polutantů (včetně genetického materiálu) ve zjednodušené matrici modelové odpadní vody. Funkční uspořádání (zdroje síranových radikálů a aktivátoru) budou přenášena do experimentů s reálnou odpadní vodou, při kterých budou validována z kinetického hlediska. Jako součást projektu budou monitorovány 3 ČOV v libereckém kraji za účelem podchycení denní a sezónní variability koncentrací antibiotik a ARG. Jedna z monitorovaných ČOV bude vybrána jako matrice pro experimentální potvrzení účinnosti vyvinuté technologie pro eliminaci antibiotika a ARG. Výstupem projektu bude několik impaktovaných publikací a technologická příručka “SR-AOP Technology Guide” pro designování terciárních stupňů čištění odpadních vod pomocí SR-AOP. Z dlouhodobého hlediska tento projekt podpoří pokračování synergické spolupráce mezi americkými a českými vědci v oblasti SR-AOP a napomůže vytváření nových mezinárodních spojení mezi vědci a studenty, pracujícími v souvisejících oblastech na různých institucích. Projekt ARGASO navazuje na excelentní výsledky základního výzkumu dosažené během řešení projektu LTAUSA18078. Tento projekt výrazně posunul současný stav poznání persíranových systémů a vyvinul metodologické přístupy pro jejich další studium. Projekt ARGASO naváže na dosažené výsledky a bude směřovat k up-scalingu oxidace odpadních vod pomocí síranového radikálu do provozního měřítka.