Epsilon Archive for Student Projects

Abstract

Tillförsel av växtnäring på åkermark är nödvändig för matproduktionen. En återförsel av mänskliga fekalier och urin via källsorterat toalettavfall (klosettavloppsvatten) ökar cirkulationen av näring, bidrar till förbättrad jordhälsa och minskar risken för övergödning i vattendrag. Antibiotikaresistenta bakterier och andra patogener förekommer i mänsklig avföring då människor är sjuka. Därför finns en potentiell risk med användningen av klosettavloppsvatten som gödningsmedel, då det skulle kunna innebära att antibiotikaresistenta bakterier och andra patogener sprids i naturen.
Inom Enterococcus spp. finns arter som bär på resistens mot bland annat antibiotikumet Vankomycin. Ett sätt att förhindra spridning av bland annat antibiotikaresistenta bakterier är om klosettvattnet hygieniseras innan det används som gödsel. Enterokocker är ett släkte av bakterier som används som indikatororganismer för att kontrollera hygieniseringsmetoders effekt. En hygieniseringsmetod är att tillsätta urea till klosettvatten, vilket via enzymet ureas bryts ned till NH3 som är toxiskt för mikroorganismer. Enterococcus spp. värde som indikatororganismer vid ureahygienisering har diskuterats, då det förekommer arter med hög tålighet mot NH3.
I detta arbete undersöktes enterokockers förekomst i avloppsvatten och klosettvatten, hur många av dem som bar på vankomycinresistens, om skillnad i avdödningshastighet föreligger mellan olika enterokocker vid ureahygienisering 1% i 14oC, samt så diskuterades enterokockers värde som indikatororganismer. Odlingsmediet som användes främst var VRE-agar med och utan tillsatt Vankomycin, men det gjordes även en jämförelse med SlaBa. Vid ureahygieniseringen följdes isolat av kända stammar och stammar isolerade ur avloppsvatten vilka tillsattes i autoklaverat klosettvatten, samt naturligt förekommande stammar av enterokocker i klosettvatten och avloppsvatten.
Resultaten visade att enterokocker förekommer med 45 838 cfu/ml avloppsvatten, varav 0,24% bar på resistens mot Vankomycin. En jämförelse med tidigare studier indikerar att andelen Vankomycinresistenta enterokocker kan ha ökat i avloppsvattnet i Uppsala sedan 2002. I klosettvatten förekom enterokocker med 9828 cfu/ml, inga Vankomycinresistenta bakterier detekterades. Den lägre koncentrationen av enterokocker i klosettvatten beror förmodligen på att klosettvattnet hade lagrats >5 månader innan analys, vilket kan minska bakteriekoncentrationen.
I slutet på ureahygieniseringen fanns skillnad i koncentrationen NH3 i provlösningarna. Skillnaden påverkades främst av andelen nedbruten urea, samt lösningens pH-värde. Skillnaden berodde på att lösningarna med autoklaverat klosettvatten inte hade naturligt förekommande ureas.
En stam av E. faecalis hade signifikant snabbare inaktivering under försökstiden jämfört med de andra enterokockerna, trots att det fanns två andra stammar av E. faecalis. Det skilde 33 dagar för 5 log10 reduktion mellan den snabbaste och långsammaste stammen av E. faecalis. Skillnaden i inaktiveringstid kan påverka E. faecalis värde som indikatororganism.
Det krävdes 88 dagar för att nå 5 log10 reduktion vid ureabehandling 1% i 14oCför samtliga undersökta enterokocker i denna studie.
Inga stammar av enterokocker med icke-fekalt ursprung användes i denna studie. För att undersöka Enterococcus spp. värde som indikatororganismer skulle stammar av icke-fekalt ursprung behöva användas, då skillnader i ammoniakkänslighet eventuellt kan skilja sig mellan fekala och icke-fekala enterokocker.

Fertilizing arable land is necessary for food production. Using source separated toilet waste (blackwater) as fertilizer increases the circulation of nutrients, it contributes to improved soil health and reduces the risk of eutrophication. Antibiotic-resistant bacteria and other pathogens occurs in human feces when people are sick. Thus, there is a potential risk with re-circulating blackwater as fertilizer, as it could lead to spreading of antibiotic-resistant bacteria and other pathogens in nature.
Within Enterococcus spp. there are species that are resistant to the antibiotic Vancomycin. One way to prevent the spread of antibiotic-resistant bacteria and pathogens in nature is if the blackwater is sanitized before it is used as fertilizer. Enterococci is a genus of bacteria that is often used as an indicator organism to control the effect of sanitation methods. One sanitizing method is to add urea to blackwater. Urea breaks down by the enzyme urease into NH3, which is toxic to microorganisms. The value of Enterococcus spp. as indicator organisms in urea sanitation has been discussed, as there are species with a high tolerance to NH3.
In this study the presence of enterococci in sewar water and blackwater was investigated, how many of them that had vancomycin resistance, whether there is a difference in the killing rate between enterococci with urea sanitization 1% in 14oC. Also, the value of enterococci as indicator organisms was discussed. The culture medium used in this study was mainly VRE agar with and without added Vancomycin, but a comparison was also made with SlaBa. The inactivation of enterococci in following solutions was analyzed during the urea sanitation: isolates of known strains of enterococci, and strains isolated from sewar water were added to autoclaved blackwater, as well as naturally occurring strains of enterococci in untreated blackwater and sewar water.
The results showed that enterococci occur with 45,838 cfu/ml of sewar water, of which 0.24% were resistant to Vancomycin. A comparison with previous studies indicates that the proportion of vancomycin-resistant enterococci may have increased in sewar water in Uppsala since 2002. Enterococci occurred with 9828 cfu/ml in blackwater. No Vancomycin-resistant bacteria were detected in blackwater at detection level 1cfu/ml. The lower concentration of enterococci in blackwater is probably because it had been stored for >5 months before analysis, which may reduce the bacterial concentration.
At the end of the urea sanitation, the concentration of NH3 in the investigated solutions differed. The difference was mainly affected by the proportion of dissolved urea, as well as the pH value of the solution. The autoclaved blackwater solutions did not have naturally occurring urease, due to the autoclavation, which probably explain the differences.
One strain of E. faecalis had significantly faster inactivation over the trial period compared to the other enterococci, even though there was two other strains of E. faecalis in the study. It differed 33 days for 5 log10 reduction between the fastest and slowest strain of E. faecalis. The difference in inactivation time may affect the value of E. faecalis as an indicator organism.
It took 88 days to reach 5 log10 reduction with urea treatment 1% in 14oC for all strains of enterococci analyzed in this study.
This study did not include any strain of enterococci of non-fecal origin. To investigate the value of Enterococcus spp. as indicator organism, strains of non-fecal origin would need to be used, as differences in ammonia sensitivity may differ between fecal and non-fecal enterococci.