Аннотация результатов, полученных в 2022 году
Резистентность к антибиотикам является глобальной проблемой и считается чрезвычайным опасным явлением, которое препятствует эффективному лечению инфекционных болезни людей и сельскохозяйственных животных и может быть причиной эпидемических угроз. Плохо контролируемое и нерациональное использование антибиотиков в медицине, ветеринарии и сельском хозяйстве приводит к селекции и распространению бактериальных штаммов, резистентных к антибиотикам, в том числе обладающих множественной лекарственной устойчивостью. Большинство используемых антибиотиков в конечном итоге попадают в сточные воды. Поэтому станции по очистке сточных вод являются одним из основных источников как устойчивых к антибиотикам бактерий, так и генов устойчивости к антибиотикам (резистом), попадающих затем в окружающую среду. Очистные сооружения, в которые поступают сточные воды и микроорганизмы из различных источников, оказываются «горячими точками» для формирования штаммов с множественной резистентностью и распространения генетических детерминант резистентности в окружающую среду. Задачей проекта является изучение структуры и разнообразия резистома сточных вод очистных сооружений города Москвы методами метагеномики. Московские станции очистки сточных вод, являвшиеся одними из крупнейших в мире, ежедневно очищают около 6 млн. куб. м. воды. Очищенные сточные воды сбрасываются в реку Москва. С учетом их масштаба, очистные сооружения Москвы могут быть одним из крупнейших «распространителей» детерминант резистентности к антибиотикам в стране, однако, их резистом до настоящего времени практически не исследован. В течении первого года выполнения проекта отобраны образцы активного ила двух установок по очистке сточных вод Москвы, (использующих разные технологии очистки сточных вод), воды, поступающей на очистку в биореакторы, и воды, прошедшей биологическую очистку на двух установках. Определены физико-химические характеристики сточных вод до и после очистки, собраны образцы биомассы микроорганизмов и выделены препараты метагеномной ДНК. Состав микробных сообществ воды и активных илов охарактеризован с помощью высокопроизводительного секвенирования фрагментов генов 16S рРНК, амплифицированных из метагеномной ДНК с использованием «универсальных» праймеров. В микробиоме поступающей на очистку воды преобладают бактерии филумов Proteobacteria, Campylobacterota, Firmicutes, Bacteroidota, Actinobacteriota и Fusobacteriota, причем фекальные загрязнители составляют около половины сообщества. Состав микробиома активных илов сильно отличается от микробиома поступающей на очистку воды. Намного меньшими в микробиомах активных илов были доли Campylobacterota, Firmicutes и Fusobacteriota. Среди Proteobacteria вместо представителей фекальной микрофлоры в активном иле были найдены бактерии, участвующие в процессах очистки. В число многочисленных групп микроорганизмов активного ила также входили Chloroflexi, Patescibacteria, Nanoarchaeota, Nitrospirota, Verrucomicrobiota и Myxococcota. В больших количествах были обнаружены бактерии, играющие важную роль в удалении азота и фосфора, многочисленность которых э согласуется с высокой эффективностью удаления этих контаминантов. Состав микробных сообществ очищенной воды был близок к активному илу. Сравнительный анализ составов микробных сообществ сточных вод показал, что фекальные загрязнители и потенциальные патогены удаляются при очистке с высокой эффективностью, их доли в микробиоме воды после биологической очистки снижаются в 50-100 раз. Проведено секвенирование метагеномов сточных вод до и после биологической очистки, собраны последовательности контигов и геномы микроорганизмов-членов сообществ, определена их таксономическая принадлежность, проведена аннотация геномных последовательностей. В метагеномах идентифицировано несколько сот кольцевых контигов, представляющих плазмиды. В этих плазмидах идентифицированы гены устойчивости к бета-лактамам, макролидам, тетрациклинам, cульфаниламидам и хлорамфениколу. В течение второго года планируется провести метагеномный анализ активных илов очистных установок, охарактеризовать разнообразие генов устойчивости к антибиотикам, их принадлежность к различным таксономическим линиями микроорганизмов, характер локализации генов резистентности, вывить генетические детерминанты множественной устойчивости, оценить влияние используемых технологий очистки сточных вод на распространение генов антибиотикорезистентности.

Аннотация результатов, полученных в 2023 году
Резистентность к антибиотикам является глобальной проблемой и считается чрезвычайным опасным явлением, которое препятствует эффективному лечению инфекционных болезни людей и сельскохозяйственных животных и может быть причиной эпидемических угроз. Плохо контролируемое и нерациональное использование антибиотиков в медицине, ветеринарии и сельском хозяйстве приводит к селекции и распространению бактериальных штаммов, резистентных к антибиотикам, в том числе обладающих множественной лекарственной устойчивостью. Большинство используемых антибиотиков в конечном итоге попадают в сточные воды. Поэтому станции по очистке сточных вод являются одним из основных источников как устойчивых к антибиотикам бактерий, так и генов устойчивости к антибиотикам (резистом), попадающих затем в окружающую среду. Очистные сооружения, в которые поступают сточные воды и микроорганизмы из различных источников, оказываются «горячими точками» для формирования штаммов с множественной резистентностью и распространения генетических детерминант резистентности в окружающую среду. Задачей проекта является изучение структуры и разнообразия резистома сточных вод очистных сооружений города Москвы методами метагеномики. Московские станции очистки сточных вод, являвшиеся одними из крупнейших в мире, ежедневно очищают около 6 млн. куб. м. воды. Очищенные сточные воды сбрасываются в реку Москва. С учетом их масштаба, очистные сооружения Москвы могут быть одним из крупнейших «распространителей» детерминант резистентности к антибиотикам в стране, однако, их резистом до настоящего времени практически не исследован. В течение второго года работы был проведен метагеномный анализ активных илов очистных установок, охарактеризовано разнообразие генов устойчивости к антибиотикам, их принадлежность к различным таксономическим линиями микроорганизмов, характер локализации генов резистентности, а также выявлены генетические детерминанты множественной лекарственной устойчивости и оценено влияние используемых технологий очистки сточных вод на распространение генов антибиотикорезистентности. В метагеноме городских сточных вод, поступающих на очистку, выявлено 544 гена резистентности к антибиотикам (ARG). Среди наиболее многочисленных ARG были бета-лактамазы классов А, С, D и металло-бета-лактамазы, рифампин-АДФ-рибозилтрансфераза, Erm 23S рибосомальная РНК-метилтрансфераза, аминогликозид нуклеотидил-, ацетил- и фосфо-трансферазы. В общей сложности на долю резистома приходилось около 0.05% метагенома неочищенных сточных вод, что соответствует примерно 2 генам на бактериальный геном. Примерно такие же значения характерны для крупных городов в европейских странах. После очистки доля резистома в метагеноме воды снижается, но всего в 2-4 раза. Но поскольку общая концентрация микроорганизмов в очищенной воде примерно на 2 порядка ниже, чем до очистки, общее содержание генов резистентности в воде снижается существенно. Количественный анализ содержания отдельных ARG в метагеномах показал, что структура резистома сточных вод до и после очистки сильно отличалась. В поступающих на очистку городских сточных водах различные семейства генов представлены наиболее «равномерно» и доля ни одного из ARG не превышала 5% всего резистома. Наиболее распространенными ARG были qacE, sul1, ampC, msr(E), erm(B), aadA1, mph(E), tet(C), aph(3'')-Ib и aph(6)-Id, которые могут придавать устойчивость к антисептикам, сульфонамидам, бета-лактамам, макролидам, аминогликозидам и тетрациклинам. Такой состав резистома в целом отражает структуру использования антибиотиков в сфере здравоохранения в России и по ряду позиций отличается от резистома сточных вод крупных городов за рубежом. В ходе очистки происходит селекция отдельных ARG: большинство генов устойчивости удаляются с избыточным активным илом и их доли в очищенной воде снижаются, но возрастают доли ARG, имеющихся у бактерий активного ила или у тех бактерий из городских сточных вод, которые не удаляются при очистке. Примером является рост доли гена ampC в резистоме c 3% до 15-40% в зависимости от технологии очистки. Напротив, гены устойчивости к макролидам и тетрациклинам удалялись эффективнее, чем бета-лактамазы. В микробиоме поступающей на очистку воды выявлено больше мультирезистентных бактерий, чем в активном иле и очищенной воде. Некоторые из этих бактерий представляют патогены человека (Streptococcus, Enterococcus, Bacillus cereus, Phocaeicola vulgatus). В метагеноме поступающих на очистку сточных вод выявлено 255 контигов, содержащих гены резистентности и гомологичных плазмидам. Почти половина имела гомологию и с последовательностями других мобильных элементов (интегроны, транспозоны и др.). «Хозяевами» плазмид являются Escherichia coli, Klebsiella pneumoniae, Klebsiella oxytoca, Aeromonas sp., Salmonella enterica и др. Эти данные указывают на ключевую роль плазмид и других мобильных элементов в распространении генов антибиотикорезистентности в сточных водах. Сравнение резистомов сточных вод Москвы и крупных городов других стран мира показало, что общее содержание и состав резистомов в сточных водах зависят от региональных, социальных, медицинских и экологических факторов.