Sisle ve Yağmurda Görünmeyen Tehlike: Püskürtme Sulama ve Legionella

When we think of the health risks associated with agriculture, we usually picture exposure to pesticides, animal-transmitted diseases (zoonoses), or the food safety of the vegetables that reach our tables. Rarely do we look to the sky, worried about a respiratory infection.

However, a study just published by the National Reference Laboratory for Legionellosis of the National Centre for Microbiology (CNM-ISCIII) in the scientific journal Journal of Environmental Management reveals a blind spot in rural public health: sprinkler irrigation systems can act as reservoirs and airborne dispersal routes for bacteria potentially dangerous to humans.

The usual suspect, not in the city

Legionellosis (the disease of the legionary) can affect vulnerable people such as the elderly and immunocompromised individuals, causing pneumonia that, in the most severe cases, can be fatal.

When a legionellosis outbreak is declared, public health protocols immediately trigger a meticulous search for the environmental origin of the source. Inspectors examine equipment that produces aerosols during operation, such as cooling towers, ornamental fountains, and hot water systems in buildings. The “usual suspect” is sought.

Yet sometimes the culprit does not hide among the asphalt. In August 2015, an outbreak with five confirmed cases in a rural area of Huesca put the health authorities on alert. Despite inspecting the local cooling towers on two separate occasions, the official investigation closed without being able to identify the definitive origin of the infection. The real source remained invisible for a decade because no one looked in the right place: the crop fields.

Our new study has managed to solve this mystery by changing, precisely, the search scenario.

A microbiological laboratory under the summer sun

Agricoltürün gerekli modernizasyonu son on yıllarda kırsal manzarayı dönüştürdü; geleneksel yerçekimli sulamayı, suyun her damlasını optimize eden verimli basınçlı sistemlerle değiştirdi. Bu dönüşüm, tüm sezon boyunca su erişimini güvence altına almak üzere tasarlanmış yüksek tarım havuzları, kanallar, şebekeler ve depolama tankları gibi geniş bir tamamlayıcı altyapı ağının inşasını da içeriyor.

Sürecin diğer yanıysa, güneş radyasyonuna ve yazın yüksek sıcaklıklarına maruz kalan bu büyük durgun su kütlelerinin, devasa mikroskobik kuluçka makineleri gibi de davranmasıdır.

Bu tesislerde toplanan su örnekleri üzerinde kitlesel genetik dizileme ve metagenomik teknikleri uygulayarak, bu altyapılarda tam olarak hangi mikroorganizmaların yaşadığını analiz etmeye karar verdik.

Sonuçlanan biyolojik röntgen şaşırtıcıydı. Metagenomik profil, 2.000’den fazla farklı mikroorganizma türünü içeren son derece çeşitli topluluklar ortaya koydu. Bunların arasında paylaşılan kritik bir özelliğe sahip, klinik açıdan önem taşıyan 21 insan patojeni bakteri bulundu: aerosoller aracılığıyla havada bulaşma kanıtlanmış kapasiteleri.

Bu patojen kataloğunun tamamı arasında, legionellozun başlıca nedenini oluşturan Legionella pneumophila, olağandışı derecede yüksek bir göreceli bollukla öne çıkıyor; analiz edilen bazı örneklerde mikrobiyal popülasyonun %4,6’sına kadar ulaşabiliyordu.

DNA yalan söylemez: Tarlada gizli bir rezervuar

Bakterinin suda bulunması önemli bir bulguuydu; ancak varlığın sulamayla bağlantılı olup olmadığını nasıl bilebilirdik? Bu belirsizliği çözmek için 2015 yılındaki gizemli kırsal patlamayla ilişkisi var mıydı? Sorunu yanıtlamak amacıyla kitlesel genomik dizileme, en büyük yardımcımıza dönüştü.

Suların riego bakterisini izole ettik ve onun bütünsel genetik haritasını çözdük. Ardından, laboratuvarımızda koruduğumuz, alınan tüm suşların tarihsel koleksiyonundan (jergada “cepario” denilen) yararlanarak, bu genomu on yıl önce aynı bölgede hastalanan hastalardan alınan örneklerin genomuyla geriye dönük olarak karşılaştırabildik.

Moleküler analizler, riego suyunun suşu ile klinik suşun yakın ilişkili ortak bir ataya sahip olduğunu ortaya koydu. Tamamen özdeş klonlar değillerdi; bu mantıklıydı, çünkü bakteriler bir boyunca çevresel baskılara maruz kalarak bağımsız biçimde evrilirler. Ancak mutasyonları arasındaki yakınlık, ikisinin de bölgede istikrarlı biçimde dolaşan aynı özel soydan geldiğini gösterdi.

Ayrıca, bu biyolojik bağıntıyı destekleyen ek bir ipucu bulduk: her iki bakteri de bilim dünyasında “plazmid” olarak bilinen özdeş bir hareketli ADN paketi taşıyordu. Bu “genetik aksesuar” neredeyse hiç varyans göstermiyor ve veri tabanlarında çok nadir bulunduğundan, aynı zamanda su ve hastalardan bulunması, bu bakterilerin bölgedeki aynı ekolojik nişi paylaştığı olasılığını güçlendiriyor.

Genetik veriler yalnızca riego altyapılarının bölgedeki klinik vakalarla bağlantılı istikrarlı bir Legionella popülasyonu barındırdığını doğrulamakla kalmıyor; aynı zamanda bu patojenin geçici olarak gelmediğini, aksine tarım suyu içinde tüm bir boyunca—muhtemelen daha uzun bir süre—hayatta kalmayı başardığını da ortaya koyuyor.

Pencerin sırtında köylere yolculuk

Suda yaşayan bir bakteri, riego havuzundan bir komşunun akciğerlerine nasıl yol alır? Bu yanıta suyun fiziği ve meteorolojiye dair kavramlar birlikte yön verir.

Agricolanın gerekli modernizasyonu, geleneksel yerçekimi sulamasını kademeli olarak basınçlı sistemlerle değiştirdi. Su, uzun süreli ürünler olan mısır veya yonca üzerinde püskürtücülerin lulelerinden püskürtülürken aerosoller üretilir; yani, mikropların süspansiyonda kalıp canlı kalabildiği mikrokopik damlacıklardan oluşan bulutlar oluşturulur.

2015 yılının o ağustos günlerinin meteorolojisini ayrıntılı biçimde yeniden inşa ederek bulurun son parçasını yerleştirdik. Olası enfeksiyon döneminde yüksek ortalama sıcaklıklar ve yağışsız bir ortam kaydedildi; bu, sulamanın yoğun biçimde işletilmesi için ideal senaryodaydı. Ancak belirleyici faktör rüzgârdı: Kuzeydoğadan esen ve şiddetli taklâmlarla doğrudan tarım arazilerinden köyün yerleşim merkezine doğru esen rüzgârlar kaydedildi; yerleşim merkezi ise bu arazilere birkaç yüz metre mesafedeydi.

Bu, fiziksel olarak sulama sisteminin, bir biyoaerosol topu gibi doğrudan konutlara doğrultularak işlev görmesi için mükemmel koşulların oluştuğu anlamına gelir.

Riski yönetmeyi öğrenmek, kırsalı korumak

Bu bulgun amacı, püskürtücü sulamayı kesinlikle suçlamak değildir. Bu teknoloji, gıda güvenliği, tarım işletmelerinin kârlılığı ve köylerimiz ekonominin ve demografik olarak varoluşu için vazgeçilmezdir. Araştırmanın gerçek amacı, güncel mevzuatın görmezden geldiği bir çevre sorununu görünür kılmaktır.

Bugüne kadar Legionella‘nin hijyenik-sağlıksal kontrol protokollerinin sonu, tarım arazisinin başladığı yerde bitmektedir. Yasalar ve halk sağlığının dikkati neredeyse yalnızca şehirlere yöneliktir. Çalışmamız bu paradigma yıkar ve tarımsal büyük su ağlarının, mikrobiyolojik gözetim ve halk sağlığı riski değerlendirmelerinin rutin planlarına entegre edilmesinin önemli olduğunu göstermektedir.

Bu riskin, sürdürülebilir mühendislik ve kırsal yönetim stratejileriyle azaltılabileceği iyi haber şu ki: Isısal durgunluğun önlenmesi için havuzların yeniden tasarlanması, biriken suya yönelik fiziksel veya kimyasal özel tedavilerin uygulanması, komşu tarım arazilerinin ve kentsel yerleşim yerlerinin etrafına koruyucu bitkisel bariyerler (ağaç satırları) oluşturulması ya da sulamanın gece saatlerine planlanıp güçlü rüzgârlı günlerde durdurulması gibi önlemler tamamen mümkün.

Sadece tarım arazilerimizi besleyen suyu izlemeyi ve yönetmeyi öğrenirsek, köylerimizde soluduğumuz havayı da koruyabiliriz.

• solunum yolu enfeksiyonları

Yazarlar

1. Doktor, Carlos III Sağlık Enstitüsü Ulusal Mikrobiyoloji Merkezi Legionella Ünitesi Araştırmacısı

   

2. Doktor, Carlos III Sağlık Enstitüsü Ulusal Mikrobiyoloji Merkezi Araştırmacısı

Doktor, Carlos III Sağlık Enstitüsü Ulusal Mikrobiyoloji Merkezi Legionella Ünitesi Araştırmacısı

Doktor, Carlos III Sağlık Enstitüsü Ulusal Mikrobiyoloji Merkezi Araştırmacısı

Tutarsızlık beyanı

Fernando González-Camacho, Carlos III Sağlık Enstitüsü’nden AESI-2022 MPY 341/22 araştırma projesi finansmanı yoluyla destek almaktadır.

Juana María González-Rubio, bu makaleden yararlanacak herhangi bir şirket veya kuruluş için çalışmamakta, danışmanlık yapmamakta, hissesine sahip olmamakta ve bundan finansman almamakta; akademik ataması dışında herhangi bir çıkar çatışması olduğunu açıklamamaktadır.

Ortaklar

Carlos III Sağlık Enstitüsü, The Conversation ES üyesi olarak finansman sağlamaktadır.