Antibiotic resistance: The role of chemical pollution in urban wastewater Antibiotikaresistens: Rollen av kemiska föroreningar i stadsavloppsvatten Antibiotikaresistens är ett av mänsklighetens största medicinska problem, såväl nationellt som internationellt, i industriländer och utvecklingsländer. Enligt WHO är antibiotikaresistens ett av de största hoten mot global hälsa, livsmedelssäkerhet och utveckling idag. Detta är särskilt påtagligt i utvecklingsländer där användning av antibiotika till både människor och djur är oreglerad. Sedan den gyllene eran då antibiotika infördes har antibiotika setts som en hållbar lösning mot infektioner, men de sista decennierna har visat oss svagheten i detta resonemang. Även om vi initialt kunde behandla det stora flertalet infektioner ser vi numera infektioner som är resistenta mot majoriteten av våra nuvarande antibiotika. Exempel på infektioner som är svårbehandlade är lunginflammation, tuberkulos, gonorré och salmonella. På grund av den snabba utvecklingen och spridningen av antibiotikaresistens tillverkas numera väldigt få nya antibiotika då dessa bedöms bli verkningslösa inom en alltför snar framtid för att vara kommersiellt intressanta.Historiskt har forskning inom antibiotikaresistens av relevans för människa tagit sjukhusen som utgångspunkt, då det är där som behandlingen sker och användningen av antibiotika är hög. Ny forskning har däremot belyst att även andra delar av vårt samhälle agerar som smältdeglar för resistensutveckling, däribland vattenreningsverk och förorenade vattenkällor. Här ansamlas, precis som på sjukhusen, höga nivåer av bakterier och andra mikrober tillsammans med antibiotika och resistensgener. Förorenade vatten utgör därmed en perfekt grogrund för utveckling och spridning av resistens, även för kliniskt relevanta bakterier.Även om det är välkänt att resistensutveckling sker både på sjukhus och i andra miljöer (vattenreningsverk, förorenat vatten) är det för närvarande inte känt hur resistensgener kan spridas mellan dessa miljöer, och vad som reglerar detta. För sjukhus och reningsverk finns uppsatta metoder för att minimera spridning av resistenta bakterier, men sådana metoder saknas för andra utsatta miljöer. I utvecklingsländer saknas ofta reningsverk, och i de fall där de finns, är de ofta eftersatta med läckage som följd. Kvalitén på vatten varierar globalt och många länder har utsläppsvatten, som med svenska mått, innehåller mycket höga nivåer av föroreningar. Vi fokuserar i vårt arbete på bakteriella virus (s.k. bakteriofager), som är kända bärare av resistensgener. Dessa virus har visat sig överföra resistensgener till bakterier då de påverkas av kemiska ämnen i sin miljö. Även om detta fenomen är känt, så är de bakomliggande mekanismerna oklara. Frågor som återstår att besvara är hur detta regleras, om denna överföring av resistensgener sker i avloppsvatten och andra vattendrag (och inte bara i sjukhusmiljö), samt huruvida olika kemiska ämnen påverkar detta i olika grad.Vår forskning syftar till att beskriva hur resistensöverföring påverkas av föroreningar i vattendrag. För att möjliggöra detta kommer vi att samla in ett stort antal vattenprov från högt förorenade vatten respektive relativt rena vattendrag i tre olika länder: Bangladesh (lägst rankad på OECD:s lista), Sydafrika (högre rankat utvecklingsland) och Sverige. Vattenproven kommer att analyseras av ett batteri av olika analystekniker, vilket möjliggör en detaljerad beskrivning av vattenmiljön och dess föroreningar. Vi kommer även att undersöka resistensöverföring i dessa vattenprov. Genom att korrelera vattnets kemiska signatur med resultaten av våra resistensöverföringsförsök hoppas vi kunna identifiera kemiska ämnen som stimulerar överföring av resistensgener. Denna forskning är av stor vikt för att karaktärisera mekanismer för överföring av antibiotikaresistens samt för att identifiera de molekyler som stimulerar denna process. Denna kunskap utgör därför ett kraftfullt verktyg för att möjliggöra minskad spridning av antibiotikaresistens, och därmed angriper den en av våra nuvarande största medicinska utmaningar. Environments with high levels of pollutants (chemicals, antibiotics) are hotspots for the dissemination of antibiotic resistance genes (ARG). Presence of chemical stressors facilitate transfer of ARG to bacteria. Although the contribution of ARG spread to global resistance is well understood, the dynamics of resistance spread from the environment to clinically relevant bacteria is currently an enigma. Our research focus on the impact of bacteriophages within such setting - a mechanism that historically has been considered of low importance but where new data is suggesting a key role.We hypothesize that i) bacteriophages can be induced by chemical stressors, ii) phage resistome in induced phages depend on choice of stressor, iii) induced phages are capable of spreading resistance to sensitive bacteria and play a major role in global spread of antibiotic resistance, and iv) by identifying these chemical stressors we may be able to develop tools to monitor and limit the spread of antibiotic resistance.We thus propose to combine time-resolved spatial sampling of contaminated rivers in Bangladesh, South Africa, and Sweden; chemical analysis using multiple techniques based on NMR and high-resolution mass spectrometry; and highly controlled bench-scale gene transduction assays to unravel the dynamics of clinically relevant ARG spread through bacteriophages. This integrative One Health-approach thus fills an important gap in our knowledge of the control of ARG fluxes.