Jednym z problemów współczesnej medycyny jest zjawisko zyskiwania przez bakterie oporności na antybiotyki. Dzieje się tak z wielu powodów. Głównym jest fakt, że środki te są powszechnie dostępne. Wierzymy w ich moc działania tak bardzo, że bierzemy je nawet na choroby wirusowe, których nie leczą. A że są przepisywane w nadmiernych ilościach, liczba niezużytych leków rośnie. I choć każda niewykorzystana tabletka powinna trafić do pojemników na przeterminowane medykamenty, tak się nie dzieje. Pozbywamy się starych lekarstw w najprostszy sposób: wrzucając je do kosza na śmieci lub do toalety. W rezultacie lądują na wysypiskach lub w kanalizacji. Swoje dokładają też rolnicy. W hodowli antybiotyki stosowane są nie tylko do leczenia zwierząt, ale też prewencyjnie, by nie zachorowały. Do tego karmi się je nimi, by szybciej rosły i nabierały masy. Zwierzęta wydalają je z moczem i jeśli rolnik nie utylizuje ścieków, trafiają na pole. Do pełnego obrazu brakuje jeszcze zakładów farmaceutycznych, które zasilają ścieki poprodukcyjnymi odpadami z resztkami antybiotyków.
Nawet jeśli wszystkie te ścieki przejdą przez oczyszczalnie, antybiotyki i tak trafią w końcu do rzek i jezior, bo żadna konwencjonalna oczyszczalnia nie dysponuje skuteczną metodą, by je unieszkodliwić. - Trzeba podkreślić, że leki te trafiają do środowiska w śladowych ilościach i oczywiście nie zabijają żyjących w wodzie mikroorganizmów - przyznaje dr Agata Motyka-Pomagruk z Międzyuczelnianego Wydziału Biotechnologii Uniwersytetu Gdańskiego i Gdańskiego Uniwersytetu Medycznego. - Tworzą jednak presję selekcyjną, czyli motywują drobnoustroje do tego, żeby wysilić metabolizm do utrzymywania genetycznych determinant lekooporności.
To oznacza, że pod wpływem kontaktu z antybiotykiem bakterie zaczynają się przed nim bronić. Mogą na przykład dezaktywować cząsteczkę antybiotyku, modyfikować miejsce jego działania, zaburzyć transport leku do wnętrza komórki czy też aktywnie wypompować go, co skutkuje brakiem efektywności stosowanych przez nas medykamentów. Nie byłoby w tym jeszcze niczego złego, gdyby nie to, że nieszkodliwe środowiskowe bakterie są w stanie te sposoby radzenia sobie z antybiotykami przekazać wysoce chorobotwórczym drobnoustrojom, np. z grupy ESKAPE (nazwane tak od pierwszych liter ich nazw gatunkowych i zdolności do ucieczki przed konwencjonalnymi terapiami antybiotykowymi). Grupy, która sieje postrach w środowisku szpitalnym. - Świat mikroorganizmów to gigantyczna sieć zależności - tłumaczy dr Motyka-Pomagruk. - Nie jest tak, że np. pałeczki ropy błękitnej występują tylko w środowiskach szpitalnych. Bardzo często izolowane są też szczepy środowiskowe - z gleby czy wody - gdzie może dochodzić do kontaktu z innymi mikroorganizmami i przekazania determinant genetycznych zapewniających lekooporność.
Reklama
Żeby rozwiązać ten problem doszło do zjednoczenia sił dwóch uczelni: Politechniki Wrocławskiej i Uniwersytetu Gdańskiego. - Idea była prosta: ograniczyć dostęp drobnoustrojom wolnożyjącym do antybiotyków - tłumaczy dr hab. inż. Anna Dzimitrowicz z Politechniki Wrocławskiej (PWr), kierownik zespołu, który opracował nowatorską metodę ich degradacji. - Uznaliśmy, że najlepszym rozwiązaniem będzie zniszczenie cząsteczek antybiotyków przed uwolnieniem ich do środowiska.

Reklama
Opowiadając o urządzeniu, które w tym celu skonstruowano, dr hab. inż. Piotr Jamróz z PWr radzi wyobrazić sobie przepływającą rzekę i uderzające w nią mikropioruny, bo tak wyglądają wyładowania elektryczne generowane w kontakcie z cieczą. - Generując wyładowania pod ciśnieniem atmosferycznym, uzyskujemy zimną plazmę atmosferyczną, a dzięki niej m.in. reaktywne, czyli zdolne do brania udziału w reakcjach chemicznych, formy tlenu i azotu, rodniki i promieniowanie UV, które są w stanie unieszkodliwić antybiotyki - mówi. - Najpierw rozkładają je na prostsze związki, potem następuje ich degradacja. Ostatecznie przechodzą w formę dwutlenku węgla i wody.
Roztwór ścieków z antybiotykami wprowadzany jest do układu za pomocą pompy perystaltycznej. - Konstrukcja urządzenia jest prosta, obsługa też - dodaje dr inż. Wojciech Śledź z PWr. - Z jednym zastrzeżeniem: żeby na granicy roztworu wodnego i wyładowań wygenerować zimną plazmę atmosferyczną, czyli zjonizowany gaz, potrzebne jest napięcie rzędu 1300 V. Dziś do zasilania generatorów plazmy można jednak wykorzystać panele fotowoltaiczne.
Do wcześniejszych prób oczyszczania ścieków z antybiotyków tą metodą wykorzystywano aparaty, które umożliwiały generowanie plazmy - mówiąc obrazowo - nie w rzece, lecz w szklance, czyli w czymś nieprzepływającym, co jest nieefektywne i nie może być wdrożone do rozwiązań przemysłowych. A stosowane również metody zaawansowanego utleniania są bardzo kosztowne. - Nad nimi plazma ma jeszcze tę przewagę, że tworzy koktajl różnych reaktywnych form: tlenu, azotu i promieniowania, podczas gdy procesy zaawansowanego utlenienia generują zwykle tylko jeden rodzaj utleniacza - podkreśla dr inż. Anna Dzimitrowicz.
Zastosowany w urządzeniu system plazmowy może być wykorzystywany zarówno przez oczyszczalnie ścieków, jak i przemysł farmaceutyczny czy rolniczy. Tym bardziej że skuteczność metody potwierdzono również na innych związkach organicznych, w tym hormonach i organicznych barwnikach. ©℗
Eureka! DGP
Trwa dziewiąta edycja konkursu „Eureka! DGP - odkrywamy polskie wynalazki”. Do udziału zaprosiliśmy polskie uczelnie, instytuty badawcze i jednostki naukowe PAN. Od dziś do czerwca w Magazynie DGP będziemy opisywać wynalazki nominowane przez naszą redakcję do nagrody głównej. Rozstrzygnięcie konkursu nastąpi na specjalnej gali pod koniec czerwca, zaś podsumowanie cyklu ukaże się w Magazynie DGP. Główną nagrodą jest 30 tys. zł dla zespołu, który pracował nad zwycięskim wynalazkiem, ufundowane przez Mecenasa Polskiej Nauki - firmę Polpharma, oraz kampania promocyjna dla uczelni lub instytutu o wartości 50 tys. zł w mediach INFOR PL SA (wydawcy Dziennika Gazety Prawnej), ufundowana przez organizatora. Strona internetowa konkursu: eureka.dziennik.pl