Čím se ve svém výzkumu zabýváte?
Jsem chemický inženýr a polem mé působnosti je environmentální inženýrství, konkrétně čištění a recyklace zdrojů z odpadních vod, resp. technologie vody.
Hlavními tématy, kterými se ve výzkumné skupině zabýváme, jsou obecně energie – historicky se naše skupina jmenuje Skupina anaerobní biotechnologie. Zabývali jsme se výrobou bioplynu z odpadních vod, čistírenských kalů a dalších materiálů, intenzivně se zabýváme také procesy spojenými s recyklací – v mém případě recyklací šedých vod, tedy odpadních vod z umyvadel, van, sprch a praček.
Vaše jméno je v poslední době spojováno s problémem antibiotické rezistence, proč?
Protože se intenzivně věnujeme tzv. waste-water based epidemiology. Jde o využití analýzy odpadních vod pro získání epidemiologických dat. V minulosti jsme se zabývali výskytem viru SARS-CoV-2 nebo opičích neštovic v odpadních vodách.
V oblasti antibiotické rezistence nezjišťujeme jen výskyt antibioticky rezistentních bakterií v odpadních vodách v jednotlivých městech či státech, ale zaměřujeme se rovněž na hledání čistírenských technologií, kterými bude v budoucnu možné odstranit tyto organismy nejen z odpadních vod, ale také z čistírenských kalů. Ty jsou totiž hlavní cestou, kterou se geny antibiotické rezistence mohou dostat do prostředí – kaly jsou běžně aplikovány na pole jako hnojivo.
Velmi úzce v našem výzkumu antibiotické rezistence spolupracujeme s mikrobiology – se skupinou profesorky Kateřiny Demnerové, konkrétně s dr. Sabinou Purkrtovou. Od nás z ústavu se v tomto tématu dlouhodobě angažuje především paní doktorka Dana Kok.
Máte nějaké zajímavé zkušenosti z epidemiologických výzkumů odpadních vod? Jaký typ informací takový výzkum přináší?
V rámci pandemie covid-19 jsme byli díky analýze pražských odpadních vod schopni s několikatýdenním předstihem predikovat, že bude výskyt onemocnění v populaci narůstat. Státní správa však nebyla zcela pružná v uchopení našich dat a jejich využití v protiepidemiologických opatřeních.
Jsme také schopni z odpadních vod analyzovat, které varianty SARS-CoV-2 převládají v pražské populaci, umíme to detekovat i na úrovni jednotlivých čtvrtí či komunit.
U opičích neštovic proběhla epidemie u nás velmi omezeně – oficiální čísla jsou velmi nízká v porovnání s např. Amsterdamem, Španělskem či Severní Amerikou. Máme data z pražských odpadních vod, která budeme brzy publikovat a která ukazují, že tento virus umíme v odpadních vodách detekovat i ve velmi malých množstvích.
Proč právě odborníci na odpadní vody zkoumají antibiotickou rezistenci? Co Vás vedlo k takovému tématu?
Naše výzkumná skupina zabývající se anaerobními technologiemi se vždy zabývala opětovným využitím odpadní vody. Snažíme se nedívat se na ni jako na odpad, ale jako na zdroj surovin, vody i energie. V poslední době i jako na zdroj informací.
Dnes se přitom intenzivně hovoří o různých typech tzv. nových polutantů – typicky tzv. věčné, biologicky neodbouratelné chemikálie, léčiva, hormony, mikroplasty apod. K těm se v poslední době řadí i antibioticky rezistentní bakterie a geny antibiotické rezistence. Z mého pohledu je ale antibiotická rezistence na čelním místě ve výčtu celospolečenských hrozeb. Odpadní voda je v této oblasti propojením humánní medicíny, životního prostředí a výroby potravin – tedy cyklu „od člověka k životnímu prostředí a zpět k člověku“.
Odpadní vody jsou tak naprosto zřejmým kanálem, kde se antibioticky rezistentní organismy z nemocnic, živočišné výroby apod. sbíhají, dají se detekovat a analyzovat. A protože si uvědomujeme urgenci celého tohoto problému a jsme schopni dodávat a doporučovat technologie, které zamezí šíření těchto organismů, věnujeme se tomuto tématu již několik let.
Jan Bartáček s kolegyní a spolupracovnicí Sabinou Purkrtovou
Většina antibiotik, která používáme, je vyvinuta na přírodní bázi
Kde nebo jak vzniká rezistence na antibiotika?
Začal bych šířeji – antibiotická rezistence je součástí širšího tématu mikrobiální rezistence vůči různým škodlivým vlivům. Rezistence tak může být např. vůči toxicitě těžkých kovů, vůči desinfekčním prostředkům a také vůči antibiotikům.
Bakterie, které vystavíte toxickému efektu, částečně nebo z velké části zemřou, ale téměř nikdy nezahubíte jejich celou populaci. Přežijí buď proto, že měly štěstí a vyskytovaly se na místě, kam účinek toxicity nezasáhl, nebo mají nějakou schopnost se vlivu toxicity bránit. Pokud tyto bakterie přežijí a v následném čase nastanou vhodné podmínky pro jejich další množení (zejména pokud jsou nadále vystaveny nízkým dávkám daných toxických látek), dochází ke kultivaci bakterií schopných přežít toxický vliv. Jde o základní princip evoluce.
Většina antibiotik, která používáme, je vyvinuta či syntetizována na přírodní bázi. Tím se dostáváme k tomu, že používáme látky, které se v přírodě vyskytují miliony, ne-li miliardy, let. Bakterie jim byly vystaveny stejně dlouhou dobu a našly si vhodné obranné mechanismy. Problém nastává, když se antibiotika používají nesprávně.
Když se nevhodně využívají, vzniká rezistence?
Pokud antibiotika či desinfekční činidla používáme nesprávně (malá dávka, příliš dlouhá nebo příliš krátká doba užívání atp.), rezistentním bakteriím pomáháme a likvidujeme ty bakterie, které nemají kompetitivní výhodu rezistence.
Nedávno jsem zjistil, že na tento problém upozorňoval již v roce 1945 Alexander Fleming ve své inaugurační řeči, kterou pronesl při udělení Nobelovy ceny za objev penicilinu. I on už tenkrát pozoroval rezistentní organismy a upozorňoval na selektivní kultivování těchto kmenů při nevhodném dávkování antibiotik.
A my se s tím už v dnešní době potýkáme – narůstá počet antibiotiky neléčitelných pacientů, stále více se předepisují širokospektrá antibiotika, která jsou určena pro řešení nejtěžších onemocnění (jde o tzv. antibiotika poslední volby). Od lékařů epidemiologů máme zprávy o nárůstu předepisování v běžné lékařské praxi. Za rok 2020 zemřelo v Evropské unii přes 35 tisíc lidí v souvislosti s antibiotickou rezistencí. Předpokládá se, že se tento problém bude v následujících letech exponenciálně vyvíjet.
A týká se problém specificky humánní medicíny?
Podobný problém je rovněž ve veterinární medicíně. Jen nemáme dost podrobná data k vyhodnocení toho, jaké hospodářské škody jsou způsobovány. Proces využití antibiotik je stejný jako v humánní medicíně – tedy masivní.
Dokonce v celosvětovém kontextu jsou antibiotika ve veterinární praxi využívána jako růstový faktor. To se sice v EU už nesmí, ale v různých částech světa je to v současnosti stále neregulované, tedy různé. Antibiotika se podávají celým stádům plošně, protože není možné testovat jednotlivé kusy. Navíc se ve veterinární praxi často předepisují rutinně i ona antibiotika poslední volby.
Jak se rezidua antibiotik a antibioticky rezistentní organismy dostávají do životního prostředí?
Je zcela jasné, že se do odpadních vod dostává naprostá většina podávaných antibiotik, protože se v těle pacientů nijak nemetabolizují, a spolu s nimi také velké množství rezistentních organismů. My jsme schopni takové polutanty detekovat, analyzovat, ale čistírny odpadních vod nejsou designované na to, aby byly schopné takový materiál z vody odstraňovat. To, co není zachyceno, je následně zakonzervováno v kalech, které často téměř bez úpravy putují na pole jako hnojivo.
Není důvod k panice, protože zatím neexistuje shoda na tom, jak velký vliv na zdraví obyvatelstva má aplikace kalů či statkových hnojiv na pole. Máme již ale informace o tom, jak dlouho mohou bakterie nesoucí geny rezistence přežívat v půdě.
Jaká jsou funkční opatření, která dokážou odstranit antibiotika i na ně rezistentní bakterie z vody?
Nejsem odborník na léčiva a medicínu. Je ale jasné, že cesta nevede pouze přes vývoj nových antibiotik, protože to je extrémně nákladné a zřejmě není nekonečné množství druhů na přírodní bázi vyvíjených antibiotik.
Jsou-li možná nějaká jiná opatření, je žádoucí je přijmout. Bude jich celá řada: od regulace předepisování léčiv (v humánní i veterinární medicíně), přes správné používání antibiotik, správné zacházení s odpady z výroby léčiv, správnou likvidaci zbytků antibiotik v domácnosti (odnést do lékárny), až po správné nakládání se statkovými hnojivy (chlévská mrva, hnůj, podestýlka apod.). Společným fenoménem je nutnost vzdělávání relevantních odborníků (lékařů, veterinářů, zemědělců, vodohospodářů, …), ale i informovanost všech obyvatel.
Opatření se musí dít na mnoha úrovních – od evropské, po jednotlivé členské státy, na půdě WHO, musí se dotknout jednotlivých zdravotnických zařízení i každého jednoho obyvatele. Jde o opatření ve veterinární a humánní medicíně, rostlinné výrobě, v oblasti čištění a využití městských odpadních vod, v životním prostředí atd. Je to velmi komplexní systém, který je potřeba řešit holisticky. Je nezbytně nutné mluvit se všemi zainteresovanými organizacemi, státními orgány i jednotlivci.
Klíčová je efektivní komunikace mezi všemi hráči
Tím jsme se dostali ke vzniku platformy nazvané Česká platforma antibiotické rezistence (CZEPAR), jejíž vznik jste na VŠCHT iniciovali a Vy jste jedním ze zakladatelů. Jaký je důvod jejího vzniku?
Platforma by měla sdružovat všechny výše uvedené zainteresované skupiny, které by spolu měly mluvit a společně navrhovat případná opatření. Jejím cílem je rovněž vysvětlovat obyvatelům nutnost zaváděných opatření. Je důležité, aby občané chápali závažnost situace, důležitost a podstatu problému i možnosti jeho řešení.
Jaké jsou plány platformy?
Její vznik vlastně stále ještě probíhá. Iniciátorem jsme byli my z VŠCHT Praha. Oslovili jsme co největší množství subjektů napříč všemi sektory. V této chvíli jsou členy odborníci z Univerzity Pardubice, Masarykovy univerzity, Ostravské univerzity, Veterinární univerzity Brno, CEITEC Brno či z Karlovy univerzity.
Snažíme se oslovit i státní správu. Dlouhodobě spolupracujeme se Státním zdravotním ústavem, který je lídrem v projektu Národního antibiotického programu České republiky, a jehož zaměstnanci jsou rovněž členy platformy. Dalšími členy jsou také lidé ze Státního veterinárního ústavu a Národního ústavu virologie a bakteriologie a také odborníci z medicínské praxe (např. epidemiologové z Motolské nemocnice či Všeobecné fakultní nemocnice). Pro svůj první seminář získala platforma záštitu ministryně pro vědu a výzkum Heleny Langšádlové.
Jaké cíle má Česká platforma pro antibiotickou rezistenci definovány?
Nejzásadnějším cílem je nastolit efektivní komunikaci mezi všemi relevantními hráči v dané problematice. Chápu, že se to může zdát poněkud nekonkrétní cíl, ale z pohledu účinné prevence je naprosto zásadní.
Dlouhodobým cílem platformy je pak ovlivňovat a nastolovat konkrétní kroky, které bude ČR podnikat pro řešení tohoto problému – od změn v legislativě užívání antibiotik či hospodaření s odpadními vodami, přes vyjednávání s EU, až po ovlivňování postojů ČR k novým iniciativám přicházejícím z EU – chceme být proaktivní a nečekat jen na to, co z EU přijde jako návrh nařízení.
V květnu se koná ustavující seminář České platformy pro antibiotickou rezistenci. Co od něj očekávat?
Jde o zahajovací akci platformy. Následovat budou pravidelná diskusní setkání i další semináře. Jejich cílem je v úvodu ukázat problematiku komplexně a následně se věnovat zcela konkrétním úkolům a řešením.
Na semináři, který cílí na širší odbornou veřejnost, zazní souhrnné informace o stavu problematiky v Česku. Zmapujeme, jakým výzvám čelí lékaři v nemocnicích a jaké kroky plánuje státní správa v oblasti humánní i veterinární medicíny. Zazní přednášky na téma interakce mezi lidskou společností a životním prostředím a důležitá bude i informace o připravovaných krocích na úrovni Evropské unie. Důležitou součástí bude panelová diskuse, ze které vyplyne co se v této oblasti v Česku děje v současnosti a jaké konkrétní kroky zainteresovaných subjektů je nutné učinit do budoucna.
Zdroj: Vědavýzkum.cz (JT, MK)
Jan Bartáček
Magisterské studium dokončil v roce 2002 a doktorské v roce 2006. Obojí absolvoval na Ústavu technologie vody a prostředí (VŠCHT Praha). V minulých letech působil v postdoktorandských pozicích na Wageningen University (2006 - 2008) a UNESCO-IHE Institute for Water Education (2008 - 2010) v Nizozemsku. Od června 2010 byl odborným asistentem a později docentem na Ústavu technologie vody a prostředí (VŠCHT Praha). Od února 2022 je zde profesorem.
Zabývá se procesy recyklace zdrojů z odpadní vody. Jedná se o energeticky pozitivní nebo úsporné procesy (anaerobní fermentace, bioflokulace, nitritace-anammox), recyklaci šedých vod, popř. produkci specifických organických látek. Od roku 2018 se věnuje problematice antibiotické rezistence v odpadních vodách a wastewater-based epidemiology.
