Scientists around the world are already fighting the next pandemic

Riccardo Mayer/

David W Graham, Newcastle University and Peter Collignon, Australian National University

If a two-year-old child living in poverty in India or Bangladesh gets sick with a common bacterial infection, there is more than a 50% chance an antibiotic treatment will fail. Somehow the child has acquired an antibiotic resistant infection – even to drugs to which they may never have been exposed. How?

Unfortunately, this child also lives in a place with limited clean water and less waste management, bringing them into frequent contact with faecal matter. This means they are regularly exposed to millions of resistant genes and bacteria, including potentially untreatable superbugs. This sad story is shockingly common, especially in places where pollution is rampant and clean water is limited.

For many years, people believed antibiotic resistance in bacteria was primarily driven by imprudent use of antibiotics in clinical and veterinary settings. But growing evidence suggests that environmental factors may be of equal or greater importance to the spread of antibiotic resistance, especially in the developing world.

Here we focus on antibiotic resistant bacteria, but drug resistance also occurs in types of other microorganisms – such as resistance in pathogenic viruses, fungi, and protozoa (called antimicrobial resistance or AMR). This means that our ability to treat all sorts of infectious disease is increasingly hampered by resistance, potentially including coronaviruses like SARS-CoV-2, which causes COVID-19.

Overall, use of antibiotics, antivirals, and antifungals clearly must be reduced, but in most of the world, improving water, sanitation, and hygiene practice – a practice known as WASH – is also critically important. If we can ensure cleaner water and safer food everywhere, the spread of antibiotic resistant bacteria will be reduced across the environment, including within and between people and animals.

As recent recommendations on AMR from the Food and Agriculture Organization of the United Nations (FAO), the World Organisation for Animal Health (OIE), and World Health Organization (WHO) suggest, to which David contributed, the “superbug problem” will not be solved by more prudent antibiotic use alone. It also requires global improvements in water quality, sanitation, and hygiene. Otherwise, the next pandemic might be worse than COVID-19.

Untreated sewage.
Joa Souza/

Bacteria under stress

To understand the problem of resistance, we must go back to basics. What is antibiotic resistance, and why does it develop?

Exposure to antibiotics puts stress on bacteria and, like other living organisms, they defend themselves. Bacteria do this by sharing and acquiring defence genes, often from other bacteria in their environment. This allows them to change quickly, readily obtaining the ability to make proteins and other molecules that block the antibiotic’s effect.

This gene sharing process is natural and is a large part of what drives evolution. However, as we use ever stronger and more diverse antibiotics, new and more powerful bacterial defence options have evolved, rendering some bacteria resistant to almost everything – the ultimate outcome being untreatable superbugs.

This article is part of Conversation Insights

The Insights team generates long-form journalism derived from interdisciplinary research. The team is working with academics from different backgrounds who have been engaged in projects aimed at tackling societal and scientific challenges.

Antibiotic resistance has existed since life began, but has recently accelerated due to human use. When you take an antibiotic, it kills a large majority of the target bacteria at the site of infection – and so you get better. But antibiotics do not kill all the bacteria – some are naturally resistant; others acquire resistance genes from their microbial neighbours, especially in our digestive systems, throat, and on our skin. This means that some resistant bacteria always survive, and can pass to the environment via inadequately treated faecal matter, spreading resistant bacteria and genes wider.

The pharmaceutical industry initially responded to increasing resistance by developing new and stronger antibiotics, but bacteria evolve rapidly, making even new antibiotics lose their effectiveness quickly. As a result, new antibiotic development has almost stopped because it garners limited profit. Meanwhile, resistance to existing antibiotics continues to increase, which especially impacts places with poor water quality and sanitation.

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This is because in the developed world you defecate and your poo goes down the toilet, eventually flowing down a sewer to a community wastewater treatment plant. Although treatment plants are not perfect, they typically reduce resistance levels by well over 99%, substantially reducing resistance released to the environment.

Modern sewage treatment plants remove most AMR microbes. But they are currently not affordable in much of the world.
People Image Studio/

In contrast, over 70% of the world has no community wastewater treatment or even sewers; and most faecal matter, containing resistant genes and bacteria, goes directly into surface and groundwater, often via open drains.

This means that people who live in places without faecal waste management are regularly exposed to antibiotic resistance in many ways. Exposure is even possible of people who may not have taken antibiotics, like our child in South Asia.

Spreading through faeces

Antibiotic resistance is everywhere, but it is not surprising that resistance is greatest in places with poor sanitation because factors other than use are important. For example, a fragmented civil infrastructure, political corruption, and a lack of centralised healthcare also play key roles.

One might cynically argue that “foreign” resistance is a local issue, but antibiotic resistance spread knows no boundaries – superbugs might develop in one place due to pollution, but then become global due to international travel. Researchers from Denmark compared antibiotic resistance genes in long-haul airplane toilets and found major differences in resistance carriage among flight paths, suggesting resistance can jump-spread by travel.

The world’s current experience with the spread of SARS-CoV-2 shows just how fast infectious agents can move with human travel. The impact of increasing antibiotic resistance is no different. There are no reliable antiviral agents for SARS-CoV-2 treatment, which is the way things may become for currently treatable diseases if we allow resistance to continue unchecked.

As an example of antibiotic resistance, the “superbug” gene, blaNDM-1, was first detected in India in 2007 (although it was probably present in other regional countries). But soon thereafter, it was found in a hospital patient in Sweden and then in Germany. It was ultimately detected in 2013 in Svalbard in the High Arctic. In parallel, variants of this gene appeared locally, but have evolved as they move. Similar evolution has occurred as the COVID-19 virus has spread.

Relative to antibiotic resistance, humans are not the only “travellers” that can carry resistance. Wildlife, such as migratory birds, can also acquire resistant bacteria and genes from contaminated water or soils and then fly great distances carrying resistance in their gut from places with poor water quality to places with good water quality. During travel, they defecate along their path, potentially planting resistance almost anywhere. The global trade of foods also facilitates spread of resistance from country to country and across the globe.

Resistant microbes don’t need planes to travel.
Nick Fewings/Unsplash, FAL

What is tricky is that the spread by resistance by travel is often invisible. In fact, the dominant pathways of international resistance spread are largely unknown because many pathways overlap, and the types and drivers of resistance are diverse.

Resistant bacteria are not the only infectious agents that might be spread by environmental contamination. SARS-CoV-2 has been found in faeces and inactive virus debris found in sewage, but all evidence suggests water is not a major route of COVID-19 spread – although there are limited data from places with poor sanitation.

So, each case differs. But there are common roots to disease spread – pollution, poor water quality, and inadequate hygiene. Using fewer antibiotics is critical to reducing resistance. However, without also providing safer sanitation and improved water quality at global scales, resistance will continue to increase, potentially creating the next pandemic. Such a combined approach is central to the new WHO/FAO/OIE recommendations on AMR.

Other types of pollution and hospital waste

Industrial wastes, hospitals, farms, and agriculture are also possible sources or drivers of antibiotic resistance.

For example, about ten years ago, one of us (David) studied metal pollution in a Cuban river and found the highest levels of resistant genes were near a leaky solid waste landfill and below where pharmaceutical factory wastes entered the river. The factory releases clearly impacted resistance levels downstream, but it was metals from the landfill that most strongly correlated with resistance gene levels in the river.

There is a logic to this because toxic metals can stress bacteria, which makes the bacteria stronger, incidentally making them more resistant to anything, including antibiotics. We saw the same thing with metals in Chinese landfills where resistance gene levels in the landfill drains strongly correlated with metals, not antibiotics.

In fact, pollution of almost any sort can promote antibiotic resistance, including metals, biocides, pesticides, and other chemicals entering the environment. Many pollutants can promote resistance in bacteria, so reducing pollution in general will help reduce antibiotic resistance – an example of which is reducing metal pollution.

Hospitals are also important, being both reservoirs and incubators for many varieties of antibiotic resistance, including well known resistant bacteria such as Vancomycin-resistant Enterococcus (VRE) and Methicillin-resistant Staphylococcus aureus (MRSA). While resistant bacteria are not necessarily acquired in hospitals (most are brought in from the community), resistant bacteria can be enriched in hospitals because they are where people are very sick, cared for in close proximity, and often provided “last resort” antibiotics. Such conditions allow the spread of resistant bacteria easier, especially superbug strains because of the types of antibiotics that are used.

Wastewater releases from hospitals also may be a concern. Recent data showed that “typical” bacteria in hospital sewage carry five to ten times more resistant genes per cell than community sources, especially genes more readily shared between bacteria. This is problematic because such bacteria are sometimes superbug strains, such as those resistant to carbapenem antibiotics. Hospital wastes are a particular concern in places without effective community wastewater treatment.

Another critical source of antibiotic resistance is agriculture and aquaculture. Drugs used in veterinary care can be very similar (sometimes identical) to the antibiotics used in human medicine. And so resistant bacteria and genes are found in animal manure, soils, and drainage water. This is potentially significant given that animals produce four times more faeces than humans at a global scale.

Watch out for the cowpats.
Annie Spratt/Unsplash, FAL

Wastes from agricultural activity also can be especially problematic because waste management is usually less sophisticated. Additionally, agricultural operations are often at very large scales and less containable due to greater exposure to wildlife. Finally, antibiotic resistance can spread from farm animals to farmers to food workers, which has been seen in recent European studies, meaning this can be important at local scales.

These examples show that pollution in general increases the spread of resistance. But the examples also show that dominant drivers will differ based on where you are. In one place, resistance spread might be fuelled by human faecal contaminated water; whereas, in another, it might be industrial pollution or agricultural activity. So local conditions are key to reducing the spread of antibiotic resistance, and optimal solutions will differ from place to place – single solutions do not fit all.

Locally driven national action plans are therefore essential – which the new WHO/FAO/OIE guidance strongly recommends. In some places, actions might focus on healthcare systems; whereas, in many places, promoting cleaner water and safer food also is critical.

Simple steps

It is clear we must use a holistic approach (what is now called “One Health”) to reduce the spread of resistance across people, animals, and the environment. But how do we do this in a world that is so unequal? It is now accepted that clean water is a human right embedded in the UN’s 2030 Agenda for Sustainable Development. But how can we achieve affordable “clean water for all” in a world where geopolitics often outweigh local needs and realities?

Global improvements in sanitation and hygiene should bring the world closer to solving the problem of antibiotic resistance. But such improvements should only be the start. Once improved sanitation and hygiene exist at global scales, our reliance on antibiotics will decline due to more equitable access to clean water. In theory, clean water coupled with decreased use of antibiotics will drive a downward spiral in resistance.

This is not impossible. We know of a village in Kenya where they simply moved their water supply up a small hill – above rather than near their latrines. Hand washing with soap and water was also mandated. A year later, antibiotic use in the village was negligible because so few villagers were unwell. This success is partly due to the remote location of the village and very proactive villagers. But it shows that clean water and improved hygiene can directly translate into reduced antibiotic use and resistance.

Public toilets in Haryana, India.
Rinku Dua/

This story from Kenya further shows how simple actions can be a critical first step in reducing global resistance. But such actions must be done everywhere and at multiple levels to solve the global problem. This is not cost-free and requires international cooperation – including focused apolitical policy, planning, and infrastructure and management practices.

Some well intended groups have attempted to come up with novel solutions, but those solutions are often too technological. And western “off-the-shelf” water and wastewater technologies are rarely optimal for use in developing countries. They are often too complex and costly, but also require maintenance, spare parts, operating skill, and cultural buy-in to be sustainable. For example, building an advanced activated sludge wastewater treatment plant in a place where 90% of the population does not have sewer connections makes no sense.

Simple is more sustainable. As an obvious example, we need to reduce open defecation in a cheap and socially acceptable manner. This is the best immediate solution in places with limited or unused sanitation infrastructure, such as rural India. Innovation is without doubt important, but it needs to be tailored to local realities to stand a chance of being sustained into the future.

Strong leadership and governance is also critical. Antibiotic resistance is much lower in places with less corruption and strong governance. Resistance also is lower in places with greater public health expenditure, which implies social policy, community action, and local leadership can be as important as technical infrastructure.

Why aren’t we solving the problem?

While solutions to antibiotic resistance exist, integrated cooperation between science and engineering, medicine, social action, and governance is lacking. While many international organisations acknowledge the scale of the problem, unified global action is not happening fast enough.

There are various reasons for this. Researchers in healthcare, the sciences, and engineering are rarely on the same page, and experts often disagree over what should be prioritised to prevent antibiotic resistance – this muddles guidance. Unfortunately, many antibiotic resistance researchers also sometimes sensationalise their results, only reporting bad news or exaggerating results.

Science continues to reveal probable causes of antibiotic resistance, which shows no single factor drives resistance evolution and spread. As such, a strategy incorporating medicine, environment, sanitation, and public health is needed to provide the best solutions. Governments throughout the world must act in unison to meet targets for sanitation and hygiene in accordance with the UN Sustainable Development Goals.

Richer countries must work with poorer ones. But, actions against resistance should focus on local needs and plans because each country is different. We need to remember that resistance is everyone’s problem and all countries have a role in solving the problem. This is evident from the COVID-19 pandemic, where some countries have displayed commendable cooperation. Richer countries should invest in helping to provide locally suitable waste management options for poorer ones – ones that can be maintained and sustained. This would have a more immediate impact than any “toilet of the future” technology.

And it’s key to remember that the global antibiotic resistance crisis does not exist in isolation. Other global crises overlap resistance; such as climate change. If the climate becomes warmer and dryer in parts of the world with limited sanitation infrastructure, greater antibiotic resistance might ensue due to higher exposure concentrations. In contrast, if greater flooding occurs in other places, an increased risk of untreated faecal and other wastes spreading across whole landscapes will occur, increasing antibiotic resistance exposures in an unbounded manner.

Antibiotic resistance will also impact on the fight against COVID-19. As an example, secondary bacterial infections are common in seriously ill patients with COVID-19, especially when admitted to an ICU. So if such pathogens are resistant to critical antibiotic therapies, they will not work and result in higher death rates.

Regardless of context, improved water, sanitation, and hygiene must be the backbone of stemming the spread of AMR, including antibiotic resistance, to avoid the next pandemic. Some progress is being made in terms of global cooperation, but efforts are still too fragmented. Some countries are making progress, whereas others are not.

Resistance needs to be seen in a similar light to other global challenges – something that threatens human existence and the planet. As with addressing climate change, protecting biodiversity, or COVID-19, global cooperation is needed to reduce the evolution and spread of resistance. Cleaner water and improved hygiene are the key. If we do not work together now, we all will pay an even greater price in the future.

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David W Graham, Professor of Ecosystems Engineering, Newcastle University and Peter Collignon, Professor of Infectious Diseases and Microbiology, Australian National University

This article is republished from The Conversation under a Creative Commons license. Read the original article.


Per facilitare la lettura abbiamo pubblicato questa traduzione primitiva  dall’inglese realizzata con l’ausilio di Google translator. Pertanto il testo che segue va verificato nel corso della lettura con il testo sopra che è l’originale pubblicato sotto licenza Creative Commons. Editor 

Gli scienziati di tutto il mondo stanno già combattendo la prossima pandemia

Se un bambino di due anni che vive in povertà in India o in Bangladesh si ammala di una comune infezione batterica, c’è più del 50% di possibilità che un trattamento antibiotico fallisca. In qualche modo il bambino ha acquisito un’infezione resistente agli antibiotici, anche a farmaci a cui potrebbe non essere mai stato esposto. Come?

Sfortunatamente, questo bambino vive anche in un luogo con acqua pulita limitata e una minore gestione dei rifiuti, portandolo a frequenti contatti con le materie fecali. Ciò significa che sono regolarmente esposti a milioni di geni e batteri resistenti, inclusi superbatteri potenzialmente non trattabili . Questa triste storia è sorprendentemente comune, specialmente nei luoghi in cui l’inquinamento è dilagante e l’acqua pulita è limitata.

Per molti anni, le persone hanno creduto che la resistenza agli antibiotici nei batteri fosse principalmente guidata da un uso imprudente di antibiotici in contesti clinici e veterinari. Ma prove crescenti suggeriscono che i fattori ambientali possono essere di uguale o maggiore importanza per la diffusione della resistenza agli antibiotici , specialmente nei paesi in via di sviluppo.

Qui ci concentriamo sui batteri resistenti agli antibiotici, ma la resistenza ai farmaci si verifica anche in tipi di altri microrganismi, come la resistenza a virus, funghi e protozoi patogeni (chiamata resistenza antimicrobica o AMR). Ciò significa che la nostra capacità di trattare tutti i tipi di malattie infettive è sempre più ostacolata dalla resistenza, compresi potenzialmente i coronavirus come SARS-CoV-2, che causa COVID-19.

Nel complesso, l’uso di antibiotici, antivirali e antimicotici deve essere chiaramente ridotto, ma nella maggior parte del mondo anche il miglioramento dell’acqua, dei servizi igienico-sanitari e delle pratiche igieniche – una pratica nota come WASH – è di fondamentale importanza. Se riusciamo a garantire ovunque acqua più pulita e alimenti più sicuri, la diffusione di batteri resistenti agli antibiotici sarà ridotta nell’ambiente, anche all’interno e tra le persone e gli animali.

Come suggeriscono recenti raccomandazioni sulla resistenza antimicrobica dell’Organizzazione delle Nazioni Unite per l’alimentazione e l’agricoltura (FAO), l’Organizzazione mondiale per la salute animale (OIE) e l’Organizzazione mondiale della sanità (OMS), a cui David ha contribuito, il “problema del superbatterio” non essere risolto da un uso più prudente di antibiotici da solo. Richiede inoltre miglioramenti globali nella qualità dell’acqua, servizi igienico-sanitari e igiene. Altrimenti, la prossima pandemia potrebbe essere peggiore di COVID-19.

Batteri sotto stress

Per comprendere il problema della resistenza, dobbiamo tornare alle origini. Che cos’è la resistenza agli antibiotici e perché si sviluppa?

L’esposizione agli antibiotici mette sotto stress i batteri e, come altri organismi viventi, si difendono. I batteri lo fanno condividendo e acquisendo geni di difesa, spesso da altri batteri nel loro ambiente. Ciò consente loro di cambiare rapidamente, ottenendo prontamente la capacità di produrre proteine ​​e altre molecole che bloccano l’effetto dell’antibiotico.

Questo processo di condivisione dei geni è naturale ed è una parte importante di ciò che guida l’evoluzione. Tuttavia, poiché utilizziamo antibiotici sempre più potenti e diversificati, si sono evolute nuove e più potenti opzioni di difesa batterica, rendendo alcuni batteri resistenti a quasi tutto: il risultato finale sono superbatteri non trattabili.

Questo articolo fa parte di Conversation Insights
Il team di Insights genera giornalismo di lunga durata derivato dalla ricerca interdisciplinare. Il team sta lavorando con accademici di diversa estrazione che sono stati coinvolti in progetti volti ad affrontare le sfide sociali e scientifiche.

La resistenza agli antibiotici esiste dall’inizio della vita , ma recentemente ha subito un’accelerazione a causa dell’uso umano. Quando prendi un antibiotico, uccide la maggior parte dei batteri bersaglio nel sito dell’infezione, e così stai meglio. Ma gli antibiotici non uccidono tutti i batteri, alcuni sono naturalmente resistenti; altri acquisiscono geni di resistenza dai loro vicini microbici, specialmente nel nostro sistema digerente, nella gola e sulla nostra pelle. Ciò significa che alcuni batteri resistenti sopravvivono sempre e possono passare all’ambiente attraverso materia fecale trattata in modo inadeguato, diffondendo batteri resistenti e geni più ampi.

L’industria farmaceutica ha inizialmente risposto all’aumento della resistenza sviluppando antibiotici nuovi e più potenti, ma i batteri si evolvono rapidamente, facendo perdere rapidamente la loro efficacia anche ai nuovi antibiotici. Di conseguenza, lo sviluppo di nuovi antibiotici si è quasi interrotto perché genera profitti limitati . Nel frattempo, la resistenza agli antibiotici esistenti continua ad aumentare, il che colpisce soprattutto i luoghi con scarsa qualità dell’acqua e servizi igienici .

Per saperne di più: Big Pharma ha fallito: la pipeline di antibiotici deve essere presa di proprietà pubblica

Questo perché nel mondo sviluppato si defeca e la cacca finisce nel gabinetto, per finire in una fogna fino a un impianto di trattamento delle acque reflue della comunità. Sebbene gli impianti di trattamento non siano perfetti, in genere riducono i livelli di resistenza di oltre il 99%, riducendo sostanzialmente la resistenza rilasciata nell’ambiente.

I moderni impianti di trattamento delle acque reflue rimuovono la maggior parte dei microbi AMR. Ma attualmente non sono convenienti in gran parte del mondo. People Image Studio /

Al contrario, oltre il 70% del mondo non dispone di sistemi di trattamento delle acque reflue comunitarie o addirittura fognature; e la maggior parte della materia fecale, contenente geni e batteri resistenti, va direttamente nelle acque superficiali e sotterranee, spesso attraverso scarichi aperti.

Ciò significa che le persone che vivono in luoghi privi di gestione dei rifiuti fecali sono regolarmente esposte alla resistenza agli antibiotici in molti modi. L’esposizione è anche possibile di persone che potrebbero non aver assunto antibiotici, come nostro figlio nell’Asia meridionale.

Diffusione attraverso le feci

La resistenza agli antibiotici è ovunque, ma non sorprende che la resistenza sia maggiore in luoghi con scarsa igiene perché fattori diversi dall’uso sono importanti. Ad esempio, anche un’infrastruttura civile frammentata, la corruzione politica e la mancanza di assistenza sanitaria centralizzata svolgono un ruolo chiave.

Si potrebbe cinicamente sostenere che la resistenza “straniera” sia un problema locale, ma la diffusione della resistenza agli antibiotici non conosce confini: i superbatteri potrebbero svilupparsi in un luogo a causa dell’inquinamento, ma poi diventare globali a causa dei viaggi internazionali. I ricercatori danesi hanno confrontato i geni della resistenza agli antibiotici nelle toilette degli aerei a lungo raggio e hanno trovato importanti differenze nel trasporto della resistenza tra le traiettorie di volo, suggerendo che la resistenza può diffondersi con il viaggio.

L’attuale esperienza mondiale con la diffusione della SARS-CoV-2 mostra quanto velocemente gli agenti infettivi possono muoversi con il viaggio umano. L’impatto dell’aumento della resistenza agli antibiotici non è diverso. Non ci sono agenti antivirali affidabili per il trattamento della SARS-CoV-2, che è il modo in cui le cose potrebbero diventare per le malattie attualmente curabili se permettiamo che la resistenza continui senza controllo.

Come esempio di resistenza agli antibiotici, il gene “superbatterio”, blaNDM-1, è stato rilevato per la prima volta in India nel 2007 (sebbene fosse probabilmente presente in altri paesi regionali). Ma subito dopo, è stato trovato in un paziente ospedaliero in Svezia e poi in Germania . Alla fine è stato rilevato nel 2013 alle Svalbard nell’Alto Artico . Parallelamente, varianti di questo gene sono apparse localmente, ma si sono evolute mentre si muovono. Un’evoluzione simile si è verificata con la diffusione del virus COVID-19 .

Per quanto riguarda la resistenza agli antibiotici, gli esseri umani non sono gli unici “viaggiatori” che possono portare resistenza. La fauna selvatica, come gli uccelli migratori, possono anche acquisire batteri e geni resistenti dall’acqua o dal suolo contaminati e quindi volare a grandi distanze portando resistenza nel loro intestino da luoghi con scarsa qualità dell’acqua a luoghi con una buona qualità dell’acqua. Durante il viaggio, defecano lungo il loro percorso, potenzialmente piantando resistenza quasi ovunque. Il commercio globale di alimenti facilita anche la diffusione della resistenza da un paese all’altro e in tutto il mondo.

I microbi resistenti non hanno bisogno di aerei per viaggiare. Nick Fewings / Unsplash , FAL

Ciò che è complicato è che la diffusione della resistenza attraverso il viaggio è spesso invisibile. In effetti, i percorsi dominanti della diffusione della resistenza internazionale sono in gran parte sconosciuti perché molti percorsi si sovrappongono e i tipi e i driver della resistenza sono diversi.

I batteri resistenti non sono gli unici agenti infettivi che potrebbero essere diffusi dalla contaminazione ambientale. SARS-CoV-2 è stato trovato nelle feci e nei detriti virali inattivi trovati nelle acque reflue, ma tutte le prove suggeriscono che l’acqua non è una delle principali vie di diffusione del COVID-19, sebbene ci siano dati limitati da luoghi con scarsa igiene.

Quindi, ogni caso è diverso. Ma ci sono radici comuni nella diffusione della malattia: inquinamento, scarsa qualità dell’acqua e igiene inadeguata. L’uso di meno antibiotici è fondamentale per ridurre la resistenza. Tuttavia, senza fornire anche servizi igienico-sanitari più sicuri e una migliore qualità dell’acqua su scala globale, la resistenza continuerà ad aumentare, creando potenzialmente la prossima pandemia. Un simile approccio combinato è fondamentale per le nuove raccomandazioni dell’OMS / FAO / OIE sulla resistenza antimicrobica.

Altri tipi di inquinamento e rifiuti ospedalieri

Anche i rifiuti industriali, gli ospedali, le fattorie e l’agricoltura sono possibili fonti o fattori di resistenza agli antibiotici.

Ad esempio, circa dieci anni fa, uno di noi (David) ha studiato l’inquinamento da metalli in un fiume cubano e ha scoperto che i livelli più alti di geni resistenti erano vicino a una discarica di rifiuti solidi che perdeva e al di sotto del punto in cui i rifiuti delle fabbriche farmaceutiche entravano nel fiume. I rilasci di fabbrica hanno chiaramente influenzato i livelli di resistenza a valle, ma sono stati i metalli della discarica a essere maggiormente correlati ai livelli dei geni di resistenza nel fiume.

C’è una logica in questo perché i metalli tossici possono stressare i batteri, il che rende i batteri più forti, rendendoli tra l’altro più resistenti a qualsiasi cosa, compresi gli antibiotici. Abbiamo visto la stessa cosa con i metalli nelle discariche cinesi, dove i livelli del gene della resistenza negli scarichi delle discariche erano fortemente correlati ai metalli, non agli antibiotici.

In effetti, l’inquinamento di quasi tutti i tipi può promuovere la resistenza agli antibiotici, inclusi metalli, biocidi, pesticidi e altre sostanze chimiche che entrano nell’ambiente. Molti inquinanti possono promuovere la resistenza nei batteri, quindi ridurre l’inquinamento in generale aiuterà a ridurre la resistenza agli antibiotici, un esempio della quale è la riduzione dell’inquinamento da metalli.

Anche gli ospedali sono importanti, essendo sia serbatoi che incubatori per molte varietà di resistenza agli antibiotici, inclusi batteri resistenti ben noti come Enterococcus resistente alla vancomicina (VRE) e Staphylococcus aureus resistente alla meticillina (MRSA). Sebbene i batteri resistenti non siano necessariamente acquisiti negli ospedali (la maggior parte sono portati dalla comunità), i batteri resistenti possono essere arricchiti negli ospedali perché sono luoghi in cui le persone sono molto malate, assistite nelle immediate vicinanze e spesso forniscono antibiotici di “ultima risorsa”. Tali condizioni consentono una più facile diffusione di batteri resistenti, in particolare ceppi di superbatteri a causa dei tipi di antibiotici utilizzati.

Anche il rilascio di acque reflue dagli ospedali può essere motivo di preoccupazione. Dati recenti hanno mostrato che i batteri “tipici” nelle acque reflue ospedaliere trasportano geni resistenti da cinque a dieci volte più resistenti per cellula rispetto alle fonti comunitarie, in particolare i geni più facilmente condivisi tra i batteri. Ciò è problematico perché a volte tali batteri sono ceppi di superbatteri, come quelli resistenti agli antibiotici carbapenemici . I rifiuti ospedalieri sono una preoccupazione particolare in luoghi privi di un efficace trattamento delle acque reflue comunitarie.

Un’altra fonte fondamentale di resistenza agli antibiotici è l’agricoltura e l’acquacoltura. I farmaci usati nelle cure veterinarie possono essere molto simili (a volte identici) agli antibiotici usati nella medicina umana. E così batteri e geni resistenti si trovano nel letame animale, nel suolo e nelle acque di drenaggio. Questo è potenzialmente significativo dato che gli animali producono quattro volte più feci degli esseri umani su scala globale.

Anche i rifiuti dell’attività agricola possono essere particolarmente problematici perché la gestione dei rifiuti è solitamente meno sofisticata. Inoltre, le operazioni agricole sono spesso su scala molto ampia e meno contenibili a causa della maggiore esposizione alla fauna selvatica. Infine, la resistenza agli antibiotici può diffondersi dagli animali da fattoria agli agricoltori fino ai lavoratori del settore alimentare, come è stato visto in recenti studi europei , il che significa che questo può essere importante su scala locale.

Questi esempi mostrano che l’inquinamento in generale aumenta la diffusione della resistenza. Ma gli esempi mostrano anche che i conducenti dominanti differiranno in base a dove ti trovi. In un punto, la diffusione della resistenza potrebbe essere alimentata da acqua contaminata da feci umane; mentre, in un altro, potrebbe essere l’inquinamento industriale o l’attività agricola. Quindi le condizioni locali sono fondamentali per ridurre la diffusione della resistenza agli antibiotici e le soluzioni ottimali variano da luogo a luogo: le singole soluzioni non si adattano a tutte.

Sono quindi essenziali piani d’azione nazionali guidati a livello locale, cosa che la nuova guida OMS / FAO / OIE raccomanda vivamente. In alcuni luoghi, le azioni potrebbero concentrarsi sui sistemi sanitari; considerando che in molti luoghi è fondamentale anche promuovere acque più pulite e alimenti più sicuri.

Semplici passaggi

È chiaro che dobbiamo utilizzare un approccio olistico (quello che ora viene chiamato ” One Health “) per ridurre la diffusione della resistenza tra le persone, gli animali e l’ambiente. Ma come lo facciamo in un mondo così disuguale? È ormai accettato che l’acqua pulita sia un diritto umano incorporato nell’agenda 2030 delle Nazioni Unite per lo sviluppo sostenibile . Ma come possiamo ottenere “acqua pulita per tutti” a prezzi accessibili in un mondo in cui la geopolitica spesso supera i bisogni e le realtà locali?

I miglioramenti globali in materia di igiene e igiene dovrebbero avvicinare il mondo alla risoluzione del problema della resistenza agli antibiotici . Ma tali miglioramenti dovrebbero essere solo l’inizio. Una volta che saranno migliorati i servizi igienico-sanitari e l’igiene su scala globale, la nostra dipendenza dagli antibiotici diminuirà a causa di un accesso più equo all’acqua pulita. In teoria, l’acqua pulita unita a un minor uso di antibiotici guiderà una spirale discendente nella resistenza.

Questo non è impossibile. Conosciamo un villaggio in Kenya dove hanno semplicemente spostato la loro fornitura d’acqua su una piccola collina – sopra piuttosto che vicino alle loro latrine. Anche il lavaggio delle mani con acqua e sapone era obbligatorio. Un anno dopo, l’uso di antibiotici nel villaggio era trascurabile perché pochissimi abitanti del villaggio non stavano bene. Questo successo è in parte dovuto alla posizione remota del villaggio e agli abitanti molto attivi. Ma mostra che l’acqua pulita e una migliore igiene possono tradursi direttamente in una riduzione dell’uso e della resistenza agli antibiotici.

Questa storia dal Kenya mostra ulteriormente come semplici azioni possano essere un primo passo fondamentale per ridurre la resistenza globale. Ma tali azioni devono essere eseguite ovunque ea più livelli per risolvere il problema globale. Questo non è gratuito e richiede cooperazione internazionale, comprese politiche apolitiche mirate, pianificazione, infrastrutture e pratiche di gestione.

Alcuni gruppi ben intenzionati hanno tentato di trovare nuove soluzioni, ma queste soluzioni sono spesso troppo tecnologiche. E le tecnologie occidentali per l’acqua e le acque reflue “standard” raramente sono ottimali per l’uso nei paesi in via di sviluppo. Spesso sono troppo complessi e costosi, ma per essere sostenibili richiedono anche manutenzione, pezzi di ricambio, abilità operative e partecipazione culturale. Ad esempio, la costruzione di un impianto avanzato di trattamento delle acque reflue a fanghi attivi in ​​un luogo in cui il 90% della popolazione non dispone di connessioni fognarie non ha senso.

Semplice è più sostenibile. Come esempio ovvio, dobbiamo ridurre la defecazione a cielo aperto in modo economico e socialmente accettabile. Questa è la migliore soluzione immediata in luoghi con infrastrutture igienico-sanitarie limitate o inutilizzate, come l’India rurale . L’innovazione è senza dubbio importante, ma deve essere adattata alle realtà locali per avere la possibilità di essere sostenuta in futuro.

Anche una leadership e una governance forti sono fondamentali. La resistenza agli antibiotici è molto più bassa nei luoghi con meno corruzione e forte governance. La resistenza è anche minore nei luoghi con una maggiore spesa sanitaria pubblica, il che implica che la politica sociale, l’azione della comunità e la leadership locale possono essere importanti quanto le infrastrutture tecniche.

Perché non stiamo risolvendo il problema?

Sebbene esistano soluzioni alla resistenza agli antibiotici, manca una cooperazione integrata tra scienza e ingegneria, medicina, azione sociale e governance. Mentre molte organizzazioni internazionali riconoscono la portata del problema, un’azione globale unificata non sta avvenendo abbastanza velocemente.

Ci sono diverse ragioni per questo. I ricercatori nel settore sanitario, delle scienze e dell’ingegneria sono raramente sulla stessa pagina e gli esperti spesso non sono d’accordo su ciò che dovrebbe essere prioritario per prevenire la resistenza agli antibiotici: questa guida confusa. Sfortunatamente, molti ricercatori sulla resistenza agli antibiotici a volte anche sensazionalizzare i loro risultati, riportando solo cattive notizie o esagerando i risultati.

La scienza continua a rivelare probabili cause di resistenza agli antibiotici, il che mostra che nessun singolo fattore guida l’evoluzione e la diffusione della resistenza. In quanto tale, è necessaria una strategia che includa medicina, ambiente, servizi igienico-sanitari e salute pubblica per fornire le migliori soluzioni. I governi di tutto il mondo devono agire all’unisono per raggiungere gli obiettivi di igiene e igiene in conformità con gli obiettivi di sviluppo sostenibile delle Nazioni Unite.

I paesi più ricchi devono lavorare con quelli più poveri. Tuttavia, le azioni contro la resistenza dovrebbero concentrarsi sui bisogni e sui piani locali perché ogni paese è diverso. Dobbiamo ricordare che la resistenza è un problema di tutti e tutti i paesi hanno un ruolo nella risoluzione del problema. Ciò è evidente dalla pandemia COVID-19, in cui alcuni paesi hanno mostrato una cooperazione lodevole . I paesi più ricchi dovrebbero investire nell’aiutare a fornire opzioni di gestione dei rifiuti adeguate a livello locale per i più poveri, che possono essere mantenute e sostenute. Ciò avrebbe un impatto più immediato rispetto a qualsiasi tecnologia “toilette del futuro”.

Ed è fondamentale ricordare che la crisi globale della resistenza agli antibiotici non esiste isolatamente. Altre crisi globali si sovrappongono alla resistenza; come il cambiamento climatico. Se il clima diventa più caldo e secco in parti del mondo con infrastrutture igieniche limitate, potrebbe derivarne una maggiore resistenza agli antibiotici a causa di concentrazioni di esposizione più elevate. Al contrario, se si verificano inondazioni maggiori in altri luoghi, si verificherà un aumento del rischio di rifiuti fecali e altri rifiuti non trattati che si diffondono attraverso interi paesaggi, aumentando l’esposizione alla resistenza agli antibiotici in modo illimitato.

La resistenza agli antibiotici avrà anche un impatto sulla lotta contro COVID-19. Ad esempio, le infezioni batteriche secondarie sono comuni nei pazienti gravemente malati con COVID-19, specialmente quando vengono ricoverati in terapia intensiva. Quindi, se tali agenti patogeni sono resistenti a terapie antibiotiche critiche, non funzioneranno e si tradurranno in tassi di mortalità più elevati .

Indipendentemente dal contesto, il miglioramento dell’acqua, dei servizi igienico-sanitari e dell’igiene deve essere la spina dorsale per arginare la diffusione dell’AMR, inclusa la resistenza agli antibiotici , per evitare la prossima pandemia. Si stanno compiendo alcuni progressi in termini di cooperazione globale, ma gli sforzi sono ancora troppo frammentati. Alcuni paesi stanno facendo progressi, mentre altri no.

La resistenza deve essere vista in una luce simile ad altre sfide globali – qualcosa che minaccia l’esistenza umana e il pianeta. Come per affrontare il cambiamento climatico, proteggere la biodiversità o COVID-19, è necessaria la cooperazione globale per ridurre l’evoluzione e la diffusione della resistenza. Acqua più pulita e igiene migliore sono la chiave. Se non lavoriamo insieme ora, in futuro pagheremo tutti un prezzo ancora maggiore.

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Paul Keaveny

Commissioning Editor, Insights