Проблемы окружающей среды: воздействие УПП на водоемы и роль инновационного мониторинга

Wed Jan 17 08:19:00 CET 2024

Устойчивость к противомикробным препаратам (УПП) – утрата эффективности антибиотиков по причине бактериальной резистентности – становится все более серьезной проблемой глобального здравоохранения. Распространение УПП связано с воздействием антибиотиков вследствие загрязнения окружающей среды из-за неконтролируемого сброса активных противомикробных ингредиентов производственными предприятиями и очистными сооружениями.  По этой причине на глобальном уровне большое внимание уделяется снижению устойчивости к противомикробным препаратам, вызванному бытовыми и сельскохозяйственными стоками, а также работой сектора водоснабжения, санитарии и гигиены. К счастью, появляются инновационные решения. В данной статье описывается одно из таких решений, а также аспекты интеллектуальной собственности, легшие в его основу. 

УПП и состояние окружающей среды

Одним из крупнейших производителей антибиотиков является Индия, по данным одного исследования обеспечивающая более 40% мирового рынка. В этой отрасли изготовлением активных фармацевтических ингредиентов и препаратов занимаются самые разные компании – малые, средние и крупные. Возникает все больше опасений по поводу высокой концентрации противомикробных соединений в водоемах вблизи некоторых фармацевтических кластеров вследствие сброса неочищенных сточных вод с фабрик.

Повседневное наблюдение за концентрацией антибиотиков и резистентных бактерий в окружающей среде даст необходимую информацию для разработки и внедрения соответствующих политических мер. Однако комплексный мониторинг затруднен из-за высокой стоимости регулярного отслеживания уровня противомикробных препаратов в сточных водах. Исследования показывают настоятельную необходимость в недорогих и простых в применении инновационных методах выявления остаточных количеств антибиотиков и резистентных бактерий.

Рождение изобретения

Соумио Мукхерджи, профессор биомедицинской техники на кафедре им. Мадхури Синха в Индийском технологическом институте Бомбея (IITB), проводит инновационные исследования в области биосенсоров и биоэлектронных измерительных приборов. Он разрабатывает системы сенсоров для здравоохранения, оценки качества воды и экологического мониторинга. Профессор Мукхерджи специализируется на создании высокотехнологичных сенсоров, позволяющих выявлять антибиотики и другие элементы, влияющие на качество воды.

Его целью является создание недорогих сенсоров, дающих быстрые и достоверные результаты без необходимости длительного ожидания результатов обычных лабораторных исследований. «Я хотел решить непростую задачу, которая не ограничивается анализом загрязнения почвы, и принести пользу обществу», – говорит доктор Мукхерджи. «УПП и загрязнение воды – серьезная проблема. Например, на сегодняшний день ветеринарам для лечения коров приходится увеличивать дозы более чем в 10 раз», – отмечает он. Дело в том, что животные пьют воду из рек, также используемых для ирригации.  

Профессор Мукхерджи разработал высокотехнологичную сенсорную платформу на основе оптических волокон, позволяющих выявлять широкий спектр веществ, таких как бактерии, антибиотики, остаточные количества пестицидов или иных специфичных химических соединений, просто изменяя определенные детекторы на поверхности платформы. «Бактерии обнаруживаются путем иммобилизации определенного рецептора, т.е. антитела к бактерии», – объясняет доктор Мукхерджи, демонстрируя способность платформы не только выявлять УПП, но и проводить другие исследования. Его устройство позволяет измерять содержание ципрофлоксацина, энрофлоксацина и некоторых бета-лактамных антибиотиков, вызывающих УПП. Коллектив исследователей продолжает работу над определением и разработкой рецепторов и к другим антибиотикам.

Уникальной особенностью устройства, которое использовалось в AMSPARE, совместном исследовательском проекте Индии и Соединенного Королевства, является его компактная конструкция: этот портативный прибор занимает мало места. За счет этого им удобно пользоваться как в удаленных местностях, так и в современных фармацевтических лабораториях. Благодаря простому интерфейсу устройство подходит специалистам из разных секторов. При этом оно настолько эффективно, что выдает результаты за поразительно короткое время – от 20 до 30 минут. Результаты отображаются в виде чисел на экране, которые легко читать и интерпретировать.

Важнейшей функциональной особенностью является способность устройства определять крайне низкую концентрацию примесей. В настоящее время его чувствительность – миллиардные доли антибиотиков. Благодаря способности выявлять столь низкую концентрацию это устройство может сыграть важнейшую роль в раннем определении и профилактике распространения УПП, предоставляя важнейшие данные для разработки как локальных, так и глобальных стратегий в сфере здравоохранения.

Данный экономически эффективный базовый инструмент работает на специальных картриджах, созданных под определенные задачи. В сравнении с обычными лабораторными исследованиями УПП и уровня загрязнения воды это экономичное и эффективное с точки зрения стоимости и сроков изобретение стало огромным шагом вперед в сфере научных исследований на местах.

Интеллектуальная собственность в основе изобретения

Разнообразие сфер применения и надежность этого изобретения привлекают внимание заинтересованных сторон со всего мира. «Технология была разработана в рамках совместного проекта пяти учреждений, в том числе Университета Западной Шотландии и Индийского технологического института Бомбея», – говорит доктор Мукхерджи. Владельцем патентов является IITB, а доктор Мукхерджи с коллегами указаны как изобретатели. Институт и новаторы заключили договор долевого участия и получают роялти c этой технологии.

Их изобретение обладает невероятным потенциалом улучшения сферы здравоохранения. «Возможно, выход устройства из лаборатории сразу на рынок не будет коммерчески рентабельным, но мы планируем расширить сотрудничество. Мы подобрали разных партнеров, чтобы удовлетворить уникальные потребности регионов: от обеспечения безопасности питьевой воды в Индии до решения задач фармацевтической отрасли на рынках западных стран», – отмечает доктор Мукхерджи. Данной технологией всерьез заинтересовалось несколько стран, обратившихся с запросами относительно производства и использования устройства, что может стать первым шагом к возможному лицензированию. Это подчеркивает важность прав интеллектуальной собственности на работу доктора Мукхерджи, благодаря которым ее можно будет использовать на глобальном уровне.

Минимизация рисков и измерение загрязнения

На глобальном уровне тоже принимаются меры по противодействию УПП. В 2017 году воздействие УПП на окружающую среду отметила Ассамблея Организации Объединенных Наций по окружающей среде (ЮНЕА-3) – высший всемирный орган, принимающий решения по экологическим вопросам. В результате был опубликован доклад под названием «Экологические аспекты устойчивости к противомикробным препаратам». В докладе содержится призыв к усилению природоохранных мер в рамках программы «Единое здоровье» в ответ на УПП и отмечается, что здоровье людей и животных неразрывно связано с состоянием окружающей среды, а значит эта среда и вещества, ее загрязняющие, играют ключевую роль в развитии, передаче и распространении УПП.

Платформа по ответственному производству антибиотиков (RAMP), например, работает над ограничением распространения УПП из-за антибиотиков в окружающей среде, применяя экологически чистые методы мониторинга, производства и закупки в Индии и других странах мира и уделяя первоочередное внимание оценке влияния производства антибиотиков на распространение УПП.

В 2022 году Отраслевой союз по борьбе с УПП (AMRIA) разработал стандарт производства противомикробных препаратов, в котором предусмотрена основанная на риске стратегия оценки потоков отходов и управления ими. В состав AMRIA входит более 100 биотехнологических, диагностических и фармацевтических компаний и их местных поставщиков, стремящихся распространить практику экологически безопасного производства антибиотиков по всей цепочке производства и поставок в сфере медико-биологических наук.

УПП связана с самыми разными аспектами – здоровьем людей, благополучием животных и хрупким равновесием окружающей среды. Инновационные технологии для мониторинга качества воды, например разработки доктора Соумио Мукхерджи, играют важнейшую роль в понимании воздействия УПП на экологию. Положенные в основу таких разработок принципы интеллектуальной собственности способствуют прогрессу и предлагают решения, имеющие глобальное значение.