Prezenta Si Semnificatia Fenomenului de Rezistenta Multipla la Antibiotice a Unor Grupe Bacterienedocx

=== Prezenta si semnificatia fenomenului de rezistenta multipla la antibiotice a unor grupe bacteriene ===

Prezența și semnificația fenomenului de rezistență multiplă la antibiotice a unor grupe bacteriene în sistemele de tratare a apelor uzate

Introducere

Obiectivul acestei lucrări este acela de a prezenta în ansamblu fenomentul de rezistență microbiană la antibiotice în unitățile și tehnologiile utilizate la tratarea apelor reziduale, precum și a nămolurilor rezultate de la epurarea acestora.

Apa reziduală este cunoscută sub numele de apă “uzată”. Apele reziduale menajere s-au “îmbogățit”considerabil cu produse din ce în ce mai complexe, cum ar fi detergenții sau produse de curățat iar rețelele de asanare primesc ape uzate cu caracteristici diverse.

Apa uzată poate fi refolosită în diverse scopri, cum ar fi irigații, irigarea terenurilor (parcuri, spații verzi, terenuri de golf, etc) și ca apă de toaletă, utilizări recreaționale și de mediu, utilizări industriale, încărcarea suplimentară a apei subterane și alte utilizări. Întotdeauna trebuie luate în calcul utilizările finale ale apei.

Tratarea sau epurarea apelor uzate urmărește reducerea poluanților astfel încât să redea mediului o apă de calitate care să nu pericliteze echilibrele naturale sau viitoarele utilizări (pescuit, alimentație, agrement, utilizare industrială sau agricolă).

Din dorința de a proteja cât mai mult calitatea apelor naturale se dorește instalarea unor stații de epurare în apropierea localităților pentru a trata apele uzate.

Accesul la o apă tratată este esențial nu numai pentru om, ci aceasta interacționează cu toate componentele industriale, agricole, economice și sociale specifice societății umane. Organizația Națiunilor Unite a numit, în anul 2003, perioada 2005 – 2015 ca urmând să fie Decada Internațională “Apa pentru viață” (WHO, 2008).

Gestionarea corectă și protecția surselor de apă, aplicarea unor metode eficiente de tratare și managementul distribuției sunt termenii cheie ai strategiilor ce se doresc a fi implementate pe întreg Globul. Preocupările actuale de îmbunătățire a proceselor și tehnologiilor în vederea creșterii productivității sunt evidente în sectorul apei, la fel ca și în industria alimentară, cu scopul de a oferi cel mai indispensabil produs de consum unei populații aflate în continuă creștere.

Analizele de rutină efectuate în urmărirea calității vizează masa apei și nu pot surprinde multitudinea speciilor ce se află în acest ecosistem, nici polivalența și fluxul proceselor care se petrec aici. În schimb biofilmul, poate reprezenta o sursă adecvată pentru investigarea microbiotei acvatice, găzduind o mare concentrație dar și o varietate de microorganisme, ce pot supraviețui timp îndelungat, protejate în matricea polimerică. Aderarea microorganismelor la suprafețe și acumularea biofilmelor în sistemele de apă produc, pe de o parte, probleme de natură tehnică, iar pe de altă parte pot influența calitatea apei. Biofilmele asociate apei potabile constituie un rezervor de microorganisme: bacterii, protozoare, virusuri, alge și fungi. Acestea se adună și se multiplică în biofilm, iar ulterior pot contamina apa prin dispersie. De aceea, informații suplimentare privind compoziția specifică și genofondul consorțiilor microbiene ar putea servi la prevenirea unor eventuale riscuri microbiologice.

Tratarea apelor uzate urmărește, în principal, îndepărtarea din apele uzate a substanțelor în suspensie, a substanțelor toxice, microorganismelor, în scopul protecției mediului.

Tratarea apelor uzate se îndeplinește în stații de epurare. Stația de epurare este un ansamblu de instalații, în care apele uzate sunt supuse unor procese tehnologice de epurare, care urmărește modificarea calității lor, astfel încât să îndeplinească condițiile prescrise de primire în emisar și de îndepărtare a substanțelor reținute de aceste ape.

Apariția antibioticelor a reprezentat un salt în știința de astăzi, cu ajutorul acestora practicienii sunt în măsură să oprească sau să ucidă creșterea microorganismelor. Descoperirea și utilizarea antibioticelor reprezintă două evoluții în domeniul microbiologiei.. Există antibiotice cu spectru larg iar altele care sunt specifice, actionând doar asupra unei singure tulpini bacteriene.

Termenul de “antibiotic” a fost introdus pentru prima oară de către francezul Vuiellamin și este folosit pentru o gama largă de compuși atât naturali cât și semisintetici, ce în general au un efect antibacterian, sunt substanțe care distrug sau împiedică înmulțirea bacteriilor.

1.Semnificația rezistenței microbiene la antibiotice în apele uzate din stațiile de epurare

Este cunoscutul faptul că apa deține capacitatea de autoepurare, dar în contextul unei poluări tot mai accentuate este necesară intervenția omului pentru prevenirea și combaterea poluării.

Epurarea apelor uzate este formată din întregul ansamblu de procedee și măsuri menite să îndepărteze impuritățile de natură chimică sau bacteriologică conținute în apele uzate, astfel încât acestea să nu mai afecteze receptorul în care se revarsă și să nu mai pericliteze folosirea apelor acestuia.

Procesele de epurare sunt de natură chimică, fizico – chimică și biologică, denumite conform proceselor pe care se bazează, și cuprind două mari grupe de operații succesive:

reținerea și/sau transformarea substanțelor nocive în produși nenocivi;

prelucrarea substanțelor rezultate din prima etap sub forme diverse (nămoluri, spume, emisii). Nămolul, de exemplu, este tratat în continuare prin: deshidratare, fermentare anaerobă, stabilizare aerobă, condiționare chimică, incinerare.

Epurarea biologică constă în îndepărtarea substanțelor solide organice nesedimentabile (dizolvate sau coloidale), precum și stabilizarea materiilor organice din nămoluri. Se propune, totodată reducerea nutrienților pe bază de azot și fosfor. Este un proces flexibil care poate fi adaptat ușor la o multitudine de ape uzate, concentrații și compoziții. Procesele biologice sunt precedate de o treaptă fizică de epurare care are rolul de a reține substanțele sedimentabile și sunt urmate de o decantare secundară – procese fizice – destinată reținerii produșilor rezultați din epurarea biologică.

Procesul biologic este influențat de următorii factori:

timpul de contact în care se desfășoară procesul biologic;

temperatura;

pH-ul;

oxigenul;

încărcarea obiectului tehnologic cu ape uzate cu nămol sau nutrienți;

prezența inhibitorilor de proces;

condițiile hidrodinamice specifice procesului – omogenizare și amestecare.

Epurarea biologică este extrem de complexă și intervin o serie de fenomene:

fizice –în care are loc transferul de masă al oxigenului și substratului la nivelul celulelor, al oxigenului din aer în apă, adsorbția particulelor coloidale și a suspensiilor fine la suprafața biomasei, desorbția produșilor metabolici, sedimentare gravitațională;

chimice – în care se produc reacții de hidroliză, de oxido-reducere, de hidratare de precipitare și coagulare, modificarea pH-ului;

biochimice – în care au loc reacții de oxidare biochimică a substratului, respirație endogenă, creșterea biomasei, inhibarea reacțiilor enzimatice;

hidraulice – caracterizat de regimul de curgere, distribuția mediului polifazic în bazinul de aerare, curenți de convecție și de densitate, timpul hidraulic de retenție, viteze de sedimentare, încărcări hidraulice.

Metodele biologice reprezintă cele mai eficiente și economice metode pentru eliminarea substanțelor organice poluante din apele uzate. Procedeele biologice de epurare utilizează activitatea metabolică a unor grupe de microorganisme capabile să degradeze substanțele organice până la dioxid de carbon și apă. Ele au la bază reacții biochimice din cadrul metabolismului unei populații mixte de bacterii, ciuperci și alte microorganisme inferioare –mai ales protozoare. În practica epurării apelor uzate aceste biocenoze sunt denumite biomasă.

Biomasa reprezintă o populația formată din bacterii, ciuperci și alte microorganisme – în special protozoare și metazoare inferioare – care își desfășoară activitatea metabolică în instalația de epurare. Rezultatul final al procesului biologic de epurare se concretizează în degradarea substanței organice, până la diferite stadii corespunzătoare tehnologiei și echipamentelor, și creșterea biomasei (apreciată la 40…60%) sub forma materialului celular insolubil, sedimentabil, precum și unii produși ai metabolismului, mai ușor de îndepărtat.

Procedeele de epurare biologică, utilizate în practică, folosesc una din cele două grupe de microorganisme:

aerobe;

anaerobe.

Microorganismele anaerobe se utilizează în procesul de fermentare al nămolurilor și la stabilizarea unor ape uzate industriale concentrate.

Microorganismele aerobe sunt utilizate în mod curent în epurarea majorității apelor uzate cu caracter predominant organic – compuși pe bază de carbon, azot sau fosfor – și pentru stabilizarea anumitor categorii de nămoluri. Epurarea biologică în regim aerob a apelor se folosesc următoarele procedee:

cu nămol activ

cu peliculă biologică

cu flocoane de nămol formate atât din bacterii aerobe cât și anaerobe.

Deși cele trei procese enumerate mai sus diferă între ele în ceea ce privește timpul de contact dintre microorganisme și apa uzată, restul fenomenelor, modul de realizare al amestecului fazelor, necesarul de oxigen, modul de utilizare al nămolului biologic, adică fenomenele biochimice esențiale sunt similare sau identice.

Îmbunătățirea tehnologiei de epurare prin procese biologice urmărește, în special, sistemul costurilor efective și se realizează în două etape. Prima etapă este utiliă pentru selecționarea sistemului optim din mai multe variante analizate de proiectant. Etapa a doua urmărește problema alegerii și dimensionării optime a unităților din sistemul adoptat. Analiză tehnico – economică prezentată trebuie să aibe în vedere și costurile de investiție și exploatare ale subsistemului de tratare a nămolului reținut în decantorul secundar caracterizat prin concentrația în solide și debitul recirculat. Procesului biologic se desfășoară dependent de păstrarea unor parametri constanți la intrarea apei uzate în instalația de epurare. Prezența unor șocuri temporare va determina reducerea parametrilor de sedimentare a nămolului, dezintegrarea nămolului activ, majorarea concentrației suspensiilor solide în efluent și în final la completa blocare a procesului.

Procedeele biologice de epurare se pot desfășoară în:

condiții naturale, de exemplu în lagune, iazuri biologice, fermentare aerobă;

condiții naturale forțate, de exemplu în lagune aerate

regim artificial, adică se pot desfășura procedee în peliculă biologică – filtre biologice, echipamente cu peliculă aderentă sau procedeul cu nămol activ.

Epurarea biologică a apelor uzate presupune:

contactul celulei cu substanța organică în sistemul apos;

transferul moleculelor de substanță prin membrana celulară de la mediul polifazic în celulă, dacă mărimea lor permite aceasta – în caz contrar apare mai înainte scindarea moleculei;

metabolismul specific bacteriei care conduce la degradarea substanței organice. Metabolismul bacterian este format din totalitatea proceselor necesare activității biologice a unei celule prin intermediul cărora energia și elementele nutritive sunt preluate din mediul înconjurător și utilizate pentru biosinteză și creștere ca și pentru alte activități fiziologice secundare – mobilitate, luminiscență. Aceste procese pot fi clasificate, la rândul lor, după modul în care își folosesc energia în :

3.1) procese de dezasimilație/catabolism – ce sunt mari consumatoare de materii organice și producătoare de energie în același timp, de pe urma degradării substanțelor (exoterme);

3.2) procese de asimilare /anabolism – ce sunt formate din reacțiile care duc la sintetizarea unui material celular nou pe baza energiei eliberate în faza de catabolism (endoterme). În ambele faze reacțiile biochimice, deosebit de complexe, sunt conduse în trepte succesive, fiecare treaptă fiind catalizată de enzime specifice.

Enzimele reprezintă catalizatori biochimici, proteine simple sau asociate, numite proteide, produși de o celula vie. O serie de enzime se regăsesc permanent în celulă și anume enzime constitutive. Enzimele au rolul de a degrada diferite substanțe organice – denumite substrat.

Noțiunea de substrat în cazul dezvoltării microorganismelor din nămolul activ – este mult mai largă. Substratul este format din ansamblul substanțelor și elementelor din apă necesare creșterii biomasei, cum ar fi: elemente principale (carbon și compușii săi, hidrogen, oxigen, azot – înglobate în substanțe organice); elemente secundare (fosfor, potasiu, sulf, magneziu); vitamine și hormoni și oligoelemente (Fe, Ni, Co)

Microorganismele acționează enzimatic și constituie cheia în procesul de degradare biochimică a impurităților organice din apele uzate. În figura de mai jos este prezentată schema procesului de metabolism pentru un regim aerob:

Organismele care determină oxidarea substanțelor organice din apele uzate sunt grupate astfel: obligat aerobe – reacțiile de oxido-reducere (respirație) fiind efectuate numai în prezența oxigenului; facultativ aerobe – reacțiile se petrec fie în prezența oxigenului, fie în absența lui; obligat anaerobe – reacțiile se desfășoară numai în absența oxigenului (fermentație), mai mult oxigenul este toxic pentru organismele respective.

Reacțiile chimice catalizate de enzime este influențată în mod direct de viteza de reacție.

Inhibiția acționează asupra unor elemente chimice sau fenomene mecanice, hidrodinamice sau electrice asupra fiziologie bacteriene și determină încetinirea metabolismului. Inhibiția poate fi determinată de o serie de factori: agitație mecanică violentă, radiații violete sau ultrasunete, temperaturile extreme, caz în care temperatura optimă este cea de 15 – 20oC, șocurile de presiune-depresiune care pot distruge membrana celulară sau turbulența accentuată.

Inhibiția enzimatică poate influența hotărâtor epurarea biologică a apelor uzate deoarece determină un randament mai slab de purificare.

Pentru o concentrație foarte mare de substrat poate aparea o scădere progresivă a vitezei de reacție până la anularea acesteia; și se numește inhibiție de substrat. Este momentul în care rezultă mai multe mecanisme printre care și fixarea mai multor molecule de substrat pe cea a enzimei adică atenuarea reacțiilor.

Un alt proces care poate apărea este rezistența microbiană.

Rezistența microbiană este definită ca fiind capacitatea unor: bacterii, virusuri, paraziți sau fungi de a se dezvolta în prezența unor substanțe active (de obicei medicamentele antiinfecțioase), care în mod normal ar trebui să le distrugă sau să le inactiveze biologic. În același mod, antibioticele identifică bacteriile și apoi le ucid (efect bactericid) sau le inhibă procesele specifice de creștere (efect bacteriostatic).

Antibioticele reprezintă molecule cu structură aparte, de mici dimensiuni care pot produce perturbarea proceselor biologice ale bacteriilor. Rezistenta la antibiotice este reprezentată de situația în care o bacterie devine mai puțin sensibilă la un anumit antibiotic sau chiar o clasă întreagă de antibiotice. Această rezistență apare atunci când bacteriile au fost tratate cu același tip de antibiotic și au dezvoltat toleranță pentru acestea.

Instalarea rezistenței la antibiotice este prezentată în figura de mai jos:

Este cunoscut faptul că într-un pumn de nămol există mai multe bacterii decât întreaga populație din lume. Ele acționează după principiul “cel mai adaptat va supraviețui”.

Între bacteriile rezistente și non – rezistente există o diferență și anume că cele non – rezistente se multiplică dar odată cu aplicarea antibioticului, acestea mor, pe când cele rezistente la medicamente se multiplică și se răspândesc în continuare. Aceasta este exemplificată în figura de mai jos: