Ogni anno, gli agricoltori negli Stati Uniti acquistano decine di milioni di libbre di antibiotici approvati per l'uso nelle mucche, maiali, pollame e altro bestiame.

Quando gli agricoltori riutilizzano il letame degli animali come fertilizzante o lettiera, tracce dei medicinali si disperdono nell'ambiente, sollevando preoccupazioni sul fatto che l'agricoltura possa contribuire all'aumento dei batteri resistenti agli antibiotici.

Una nuova ricerca contiene intuizioni problematiche riguardo alla portata di questo problema.

Secondo un paio di nuovi studi condotti da Diana Aga, dottorato di ricerca, Henry M. Woodburn Professore di Chimica presso l'Università del Buffalo College of Arts and Sciences, due dei più esclusivi sistemi di trattamento dei rifiuti oggi disponibili nelle aziende agricole non rimuovono completamente gli antibiotici dal letame.

Entrambe le tecnologie (digestione anaerobica avanzata e filtrazione ad osmosi inversa) lasciano indietro i livelli di residui di antibiotici, che può includere sia i farmaci stessi che le molecole in cui i farmaci si scompongono.

Inoltre, lo studio ha scoperto nuove scoperte sugli escrementi solidi, che spesso viene filtrato dal grezzo, letame umido prima che vengano implementate le tecnologie di trattamento.

I ricercatori hanno scoperto che questa materia solida può contenere concentrazioni più elevate di antibiotici rispetto al letame non trattato, una scoperta particolarmente inquietante perché questo materiale viene spesso rilasciato nell'ambiente quando viene utilizzato come lettiera per animali o venduto come fertilizzante.

"Speravamo che queste tecnologie di trattamento avanzate potessero rimuovere gli antibiotici. A quanto pare, non erano efficaci come pensavamo potessero essere, " dice Ag.

Lei offre qualche speranza, tuttavia:"Dal lato positivo, Penso che un processo multistep che includa anche il compostaggio alla fine del sistema potrebbe ridurre significativamente i livelli di antibiotici. I nostri studi precedenti sui rifiuti di pollame hanno dimostrato che è possibile ottenere una riduzione fino al 70% degli antibiotici chiamati ionofori dopo 150 giorni di compostaggio. Testare questa ipotesi sul letame caseario è la fase successiva del nostro progetto, e stiamo vedendo dei risultati positivi".

La ricerca sulla filtrazione ad osmosi inversa è stata pubblicata online a gennaio sulla rivista Chemosfera . Lo studio sulla digestione anaerobica avanzata, una collaborazione tra UB e Virginia Tech, è apparso online a marzo sulla rivista Inquinamento ambientale .

I sistemi di trattamento dei rifiuti non sono progettati per rimuovere gli antibiotici

Secondo la Food and Drug Administration statunitense, più di 30 milioni di libbre di antibiotici approvati per l'uso nel bestiame da produzione alimentare sono stati venduti o distribuiti negli Stati Uniti nel 2016. E questi sono solo una frazione degli antibiotici totali utilizzati ogni anno in tutto il mondo nell'uomo e negli animali.

Sebbene la nuova ricerca si concentri sugli allevamenti da latte, i risultati indicano un problema più ampio.

"Nessuno dei sistemi di trattamento che abbiamo studiato è stato progettato per rimuovere gli antibiotici dai rifiuti come obiettivo primario, "Aga dice. "La digestione anaerobica avanzata viene utilizzata per ridurre gli odori e produrre biogas, e l'osmosi inversa viene utilizzata per riciclare l'acqua. Non avevano lo scopo di affrontare la rimozione di composti antibiotici.

"Questo problema non si limita all'agricoltura:i sistemi di trattamento dei rifiuti oggi, compresi quelli progettati per gestire le acque reflue urbane, rifiuti ospedalieri e persino rifiuti delle industrie manifatturiere di antibiotici, non hanno in mente il trattamento degli antibiotici. Questo è un problema globale estremamente importante perché l'aumento della resistenza agli antibiotici nell'ambiente è senza precedenti. Dobbiamo iniziare a pensarci se vogliamo prevenire la continua diffusione della resistenza nell'ambiente".

Aga è un sostenitore dell'approccio "One Health" per combattere la resistenza antimicrobica, che incoraggia gli esperti che lavorano negli ospedali, agricoltura e altri settori legati alla salute umana e animale per lavorare insieme, poiché gli esseri umani e gli animali sono spesso trattati con antibiotici uguali o simili.

Aga è stata una relatrice invitata a un forum internazionale la scorsa settimana sulle ultime ricerche sulla resistenza antimicrobica. L'evento, a Vancouver, Canada, era co-presieduto da rappresentanti della rete britannica per la scienza e l'innovazione, Wellcome Trust e Centri statunitensi per il controllo e la prevenzione delle malattie.

La cacca ha parti diverse e tutte devono essere trattate

Per condurre la ricerca, scienziati hanno visitato due aziende lattiero-casearie nello stato di New York.

Entrambe le strutture estraggono gran parte della materia solida dal letame bovino prima di sottoporre i fanghi rimanenti a tecniche di gestione dei rifiuti ad alta tecnologia. Per elaborare il goop rimanente, un allevamento utilizza la digestione anaerobica avanzata, che impiega microrganismi e pastorizzazione per scomporre e convertire la materia organica in prodotti che includono biogas, mentre l'altra azienda utilizza l'osmosi inversa, che fa passare il liquame attraverso una serie di membrane per purificare l'acqua.

Entrambe le tecnologie hanno ridotto i residui di antibiotici nel liquame, ma ha fatto poco per ridurre i livelli nella materia solida rimanente. Ciò è particolarmente preoccupante in quanto la ricerca ha anche rivelato che i composti antibiotici tendono a migrare dalle parti liquide del letame ai solidi durante il trattamento, rendendo probabilmente più importante trattare rispetto a quest'ultimo.

La preoccupazione per gli escrementi solidi è accresciuta dal fatto che le tecniche di trattamento vengono attuate solo dopo che la maggior parte dei solidi è già stata separata dal letame grezzo, il che significa che la maggior parte della materia solida potrebbe non essere trattata.

Alcuni risultati chiave di ogni studio:

• La ricerca sulla digestione anaerobica avanzata ha esaminato una classe popolare di antibiotici chiamati tetracicline, trovando che questi farmaci e i loro prodotti di degradazione sono migrati dalla parte fluida del fango nella parte solida durante il trattamento. Alla fine del processo, i solidi contenevano livelli più elevati di antibiotici tetracicline rispetto al letame grezzo originale. Lo studio ha anche scoperto che sia la parte liquida che quella solida del fango contenevano geni che conferiscono resistenza a questi antibiotici.
• Lo studio sull'osmosi inversa ha esaminato quanto bene questa tecnica di purificazione dell'acqua rimuovesse gli antimicrobici sintetici chiamati ionofori, utilizzati per favorire la crescita delle vacche da latte e per curare la coccidiosi, un costoso, malattia parassitaria nell'industria del bestiame che colpisce principalmente i giovani vitelli. La ricerca ha scoperto che l'osmosi inversa filtrava efficacemente gli ionofori dalla parte liquida del letame. Però, bassi livelli dei farmaci persistono nell'acqua "depurata" dopo il trattamento a causa del deterioramento delle membrane utilizzate nel processo di filtrazione. Anche, la materia solida estratta dall'acqua durante l'osmosi inversa ospitava ancora alti livelli di ionofori. Finalmente, lo studio ha rilevato che prima del trattamento, molti degli ionofori sembrano essere già migrati nella parte solida del letame grezzo che viene rimosso prima ancora che inizi l'osmosi inversa.

"Entrambi i sistemi che abbiamo studiato sono un buon primo passo per ridurre la diffusione degli antibiotici e potenzialmente ridurre la resistenza nell'ambiente, ma il nostro studio mostra che bisogna fare di più, " Aga dice. "Dobbiamo guardare a diverse pratiche di gestione dei rifiuti che, forse in combinazione, potrebbe ridurre la diffusione di composti antibiotici e la resistenza nell'ambiente".

Aga indica il compostaggio come un'area da esplorare. Il suo team sta studiando come utilizzare la digestione anaerobica avanzata in combinazione con il compostaggio di materiali solidi per rimuovere gli antibiotici ei loro prodotti di degradazione dal letame. I risultati preliminari della ricerca, non ancora pubblicato, sono promettenti, dice Agà.