Wpływ nanocząstek tlenku cynku na rozprzestrzenianie się w glebie uprawnej genów warunkujących antybiotykooporność zbada zespół naukowców ze Szkoły Głównej Gospodarstwa Wiejskiego w Warszawie. Wyniki pozwolą na opracowanie strategii nawożenia bezpiecznej dla zdrowia ludzi i zwierząt oraz przyjaznej środowisku.
Od niedawna na rynku dostępne są nanonawozy – nawozy stosowane dolistnie lub doglebowo, w składzie których znajdują się nanocząstki różnych metali, na przykład srebra, cynku czy żelaza. Liczne badania potwierdzają, że nanocząstki mają korzystny wpływ na kiełkowanie i wzrost roślin oraz różne procesy metaboliczne i wykazują działanie bakteriobójcze i grzybobójcze. Dodatkowo, małe rozmiary umożliwiają im sprawne przenikanie przez błony komórkowe roślin, co ostatecznie zmniejsza ilości potrzebnych do zastosowania nawozów. Prowadzi to do zmniejszenia kosztów nawożenia oraz, co najważniejsze, zmniejsza ryzyko zanieczyszczenia środowiska.
Dlaczego nanocząstki tlenku cynku?
Na szczególną uwagę zasługują nanonawozy zawierające nanocząstki tlenku cynku (ZnONP). Cynk jest niezbędny do prawidłowego przebiegu licznych procesów fizjologicznych w roślinach, m.in. fotosyntezy, oddychania, biosyntezy białek czy przemian węglowodanów. Ponadto, jony cynku są koniecznym elementem budującym białkowe palce cynkowe, umożliwiającym wiązanie się tych białek m.in. do DNA i RNA organizmów żywych. Palce cynkowe biorą udział w fundamentalnych procesach komórkowych, w tym regulacji transkrypcji, naprawie uszkodzeń DNA czy przebudowie chromatyny. Nawożenie z wykorzystaniem ZnONP bardzo często daje korzystne rezultaty, jednakże, badania wskazują, że nie zawsze tak jest.
Nanocząstki tlenku cynku, w pewnych warunkach, mogą niekorzystnie wpływać na parametry wzrostu roślin. Stwierdzono, że wpływ ZnONP na rośliny zależy od wielu czynników, m.in. wielkości nanocząstek i ich stężenia, gatunku rośliny nawożonej, sposobu aplikacji oraz parametrów fizyko-chemicznych gleby. Te wszystkie zmienne powinny być zatem starannie przeanalizowane przed aplikacją ZnONP. Stosowanie takiego podejścia doskonale wpisuje się w ramy rolnictwa precyzyjnego, którego celem jest m.in. skuteczne i wydajne zarządzanie uprawą prowadzące do uzyskania wysokiej jakości plonów przy jednoczesnym ograniczaniu kosztów oraz negatywnego wpływu na środowisko. Na dziś brakuje jednak gotowych wytycznych i schematów postępowań. Co więcej, nie wiadomo jaki wpływ na mikroorganizmy znajdujące się w glebie mają nanocząstki metali.
Nie zapominajmy również, że nanocząstki nie działają wybiórczo i, oprócz patogenów, zabijają również pożyteczne mikroorganizmy zasiedlające rośliny oraz glebę – tłumaczy dr Agata Goryluk-Salmonowicz z Katedry Biochemii i Mikrobiologii Instytutu Biologii Szkoły Głównej Gospodarstwa Wiejskiego w Warszawie. – Nie jest też znany poziom emisji nanocząstek do środowiska i istnieje ryzyko, że mogą one przedostać się z gleby do wód gruntowych. Niezbędne są zatem dalsze badania w zakresie bezpieczeństwa stosowania nanocząstek w produkcji rolnej. Jednym z niezwykle ważnych aspektów dotyczących bezpieczeństwa stosowania nanocząstek, który nie został jak dotąd zbadany, jest odpowiedź na pytanie, czy jony cynku dostarczane do gleby w postaci nanocząstek, mogą wpływać na bakterie znajdujące się w glebie, powodując u nich rozwijanie mechanizmów oporności.
Taka sytuacja może następować w wyniku uruchomienia mechanizmu koselekcji. Występuje ono, kiedy jakiś czynnik stresowy obecny w środowisku (np. jony metali) powoduje nabycie oporności przez bakterie zasiedlające to środowisko i, jednocześnie, powoduje oporność tej bakterii na inny czynnik stresowy (np. antybiotyk). Liczne badania potwierdzają, że bakterie izolowane z terenów zanieczyszczonych metalami ciężkimi wykazują również oporność na antybiotyki.
W przypadku stosowania nanonawozów również istnieje ryzyko koselekcji. Sytuacja staje się tym bardziej niebezpieczna, kiedy do gleby uprawnej dostarczane są, oprócz nanonawozów, nawozy odzwierzęce. Badania wykazują obecność w nawozach odzwierzęcych licznych bakterii chorobotwórczych, w tym bakterii potencjalnie patogennych dla ludzi. Jeśli w takiej glebie zajdzie zjawisko koselekcji i bakterie potencjalnie patogenne nabędą mechanizmy oporności, mogą stać się mutantami – bakteriami wielolekoopornymi. Należy zatem eliminować wszelkie czynniki promujące powstawanie bakterii-mutantów opornych na antybiotyki.
Ten aspekt zbada właśnie zespół dr Agaty Goryluk-Salmonowicz w projekcie, który otrzymał finansowanie w ramach programu MINIATURA. Naukowcy sprawdzą, czy nanocząstki tlenku cynku aplikowane doglebowo nie stają się czynnikiem promującym nabywanie przez bakterie oporności.
Skąd w glebie geny warunkujące antybiotykooporność?
Już od wielu lat badania wykazują niepokojące zjawisko – obecność bakterii opornych na antybiotyki (antibiotic resistant bacteria, ARB) oraz genów niosących oporność na antybiotyki (antibiotic resistance genes, ARG) w środowiskach pozaklinicznych. Zanieczyszczenia te są wykrywane w najróżniejszych środowiskach, wodach śródlądowych, wodach morskich, w glebach, w tym glebach uprawnych. Zaczęto zastanawiać się co może być źródłem takiego zjawiska? Badania wykazały, że ogromnym rezerwuarami bakterii ARB oraz genów ARG są biologiczne oczyszczalnie ścieków i gospodarstwa rolne.
Wykorzystywane do nawożenia osady ściekowe oraz nawozy odzwierzęce okazały się być „zupą” pełną bakterii opornych na antybiotyki oraz genów warunkujących oporność – mówi dr A. Goryluk-Salmonowicz. – Taka „zupa” wylewana na pola prowadzi do przenoszenia zanieczyszczeń (ARB i ARG) do wód gruntowych oraz do pobierania ich przez rośliny uprawne.
A skąd biorą się bakterie oporne oraz geny oporności na antybiotyki w oczyszczalniach ścieków? Zanieczyszczenia te razem ze ściekami komunalnymi trafiają do oczyszczalni ścieków. Dodatkowo, w to samo miejsce trafiają ścieki ze szpitali, gdzie często brakuje przyszpitalnych oczyszczalni, które skutecznie usuną bakterie chorobotwórcze, w tym bakterie wielolekooporne, pochodzące od pacjentów. Badania wykazały, że powszechnie stosowane metody oczyszczania ścieków nie usuwają w sposób skuteczny wszystkich bakterii, a genów nie niszczą w ogóle. Oczyszczalnia ścieków staje się zatem miejscem ogromnego zagęszczenia czynników szkodliwych, „zupą” pełną bakterii opornych oraz genów nadających bakteriom oporność na antybiotyki. Ponieważ bakterie chętnie przekazują sobie różne geny, to w takiej „zupie” powstają bakterie-mutanty, czyli bakterie wielolekooporne.
Na przeprowadzenie eksperymentu i analizę uzyskanych danych badaczka SGGW ma rok. Otrzymane wyniki będą stanowiły krok w opracowaniu strategii nawożenia bezpiecznej dla zdrowia ludzi i zwierząt oraz przyjaznej środowisku.
źródło: SGGW
E tam nano. Polsko-irańska nauka wynalazła już pikocząstki!
https://pubpeer.com/publications/90C0148778799A1E1CD968B3DB4E22
Bawi mnie używanie przez biologów słowa *.cząstki. A cieszy mnie to, że SGGW nie zajmuje się już maseczkami z mchu, które dzięki fotosyntezie miały zabijać wirusy i że zapomnieliśmy już o zapachowym wykrywaczu Sars-Cov2. Spójrzmy na sprawy nauki obiektywnie: jest postęp, niewielki ale jest.
Akurat na PG pikocząstki wymyślili inżynierowie lądowi.
Zawsze uważałem, że miniatury to wyrzucanie pieniędzy w błoto i ten wniosek to potwierdza. Tego typu badania są robione od lat. Jaka tu ma być związek między nano- a lekoopornością ?
Życzę powodzenia w eliminacji nanonawozów z naszego rynku i środowiska. Nie po to pozbywaliśmy się azbestu, żeby zastępować go czymś podobnym.
Może warto powołać w Polsce podobną instytucję do FDA, która skutecznie blokowałaby dystrybucję substancji szkodliwych, poza wszelkimi nano-bzdurami, także np. kosmetyków z DMSO?