In de bodem leven duizenden soorten bacteriën, schimmels en andere micro-organismen die verantwoordelijk zijn voor de kringloop van organisch materiaal, waardoor voedingsstoffen voor planten vrijkomen. Antibiotica en andere gifstoffen kunnen deze belangrijke bodemfunctie beïnvloeden. In 1993 werd geschat dat wanneer alle in de Nederlandse veeteelt gebruikte antibiotica worden verspreid over de twee miljoen hectaren agrarisch grondgebied, jaarlijks gemiddeld 130 mg antibiotica per vierkante meter in de bodem terechtkomt 1). Sindsdien is het veterinair antibioticagebruik in Nederland bijzonder hoog gebleven. Desondanks is weinig onderzoek uitgevoerd naar antibiotica en antibioticaresistentie in de Nederlandse bodem. Pas in 2009 werden hoge concentraties (3-5 mg/kg) antibiotica (tetracyclinen, sulfonamiden en quinolonen) in diermest aangetoond. Ook vond men in bemeste akkers hogere concentraties antibioticaresistente bacteriegenen dan in onbemeste bodems. Deze concentraties nemen na bemesting toe en na een maand zijn de resistente genen nog steeds aanwezig 2). Analyse van lang bewaarde bodemmonsters laat zien dat antibioticaresistentie in de Nederlandse landbouwgrond de laatste dertig jaar sterk is toegenomen 23). De bodem is daarmee een reservoir voor verhoogde antibioticaresistentie.

gevolgen voor soortdiversiteit
De gevolgen van toegevoegde antibiotica aan de bodem hangt af van het type bodem, de gebruikte antibiotica en hun concentraties d). De lozing van grote hoeveelheden tetracyclinen, sulfonamiden en andere antibiotica via de mest heeft gevolgen voor de samenstelling van de bacteriegemeenschap in de bodem 13). De bodemgemeenschap blijkt in staat te zijn zich aan te passen. In een onderzoek herstelde de soortdiversiteit zich binnen 15 dagen tijdens de toediening van een antibioticum; in een ander onderzoek na 48 dagen 27). Dit betekent niet dat er geen effect meer is; de plekken van verdwenen soorten worden door andere soorten overgenomen. De soortsamenstelling verandert dus wel langdurig 28).

gevolgen voor bodemfuncties
Het meeste onderzoek naar gevolgen van antibiotica voor de stoffenkringloop is uitgevoerd met onrealistisch hoge concentraties (milligrammen/kg), maar ook bij lage concentraties zijn effecten waargenomen. In een proef waarin aan een bodem tien microgram tetracycline per kilo werd toegevoegd, was de natuurlijke afbraak door micro-organismen gedurende acht weken beduidend lager. Hoe hoger de concentratie van het antibioticum hoe langer de natuurlijke afbraak werd verstoord 14). Bij 1 milligram/kg (lager werd niet gemeten) sulfadiazine werd de bodemademhaling (maat voor bacteriële activiteit) vertraagd 16). In concentraties van ongeveer 100 microgram/kg remmen de sulfa’s sulfadiazine, sulfapyridine en sulfadimidine de bacteriële enzymen die verantwoordelijk zijn voor ijzerreductie 17). Door de grote massa en de grote hoeveelheid soorten bacteriën in de bodem, is een totaaleffect op het natuurlijke afbraakproces vooralsnog onduidelijk 15). Bovendien lijken bodemfuncties zich op den duur te herstellen door aanpassing van de bodemgemeenschap 27).

gevolgen voor landbouwgewassen
Lage concentraties (10 microgram/Kg) oxytetracyclinen in de bodem kunnen ook landbouwgewassen als tarwe en koolzaad in hun groei remmen 18), maar verschillende onderzoeksresultaten lijken zich vooralsnog tegen te spreken 19). Verder worden antibiotica door landbouwgewassen opgenomen en komen daarmee in de voeding van mens en dier terecht.
 
gevolgen voor resistentieverspreiding
De belangrijkste bron voor resistentie in de bodem is de toevoer van mest waarin bacteriën en hun mobiele en persistente genenpakketjes (plasmiden, integrons e.d.) zitten die tijdens de behandeling van de dieren met antibiotica resistent zijn geworden 20). In de bodem leven weliswaar van nature vele soorten bacteriën en schimmels die zelf antibiotica aanmaken om zich tegen bepaalde bacteriesoorten te verdedigen. Als reactie daarop hebben deze micro-organismen in hun genen gedurende hun lange bestaan op aarde honderden verschillende combinaties van resistenties tegen meerdere antibiotica opgebouwd 21). Echter, in de bodem zijn de natuurlijke antibioticaconcentraties en de verspreiding van resistenties over individuen en soorten beperkt. Door het antibioticagebruik en vervolgens verwerking van de onbewerkte mest met resistent geworden bacteriën en hun genen in de bodem, bevordert de mens toename en verspreiding van resistenties bij micro-organismen in de bodem 22). Analyse van bacterieel DNA in oude monsters landbouwgrond van vijf verschillende locaties (in goed bewaarde bodemmonsters wordt DNA lang geconserveerd) laat zien dat resistentie tegen achttien verschillende antibiotica, met name tegen tetracyclinen en penicillinen (beta-lactamase), in de Nederlandse bodem sinds 1940 significant is toegenomen, zie de diagram hieronder 23). Deze sterke toename van tetracyclineresistentie loopt synchroon met de sterke toename in het gebruik van tetracyclinen in de veeteelt. Daarentegen loopt de sterke toename van beta-lactamasen niet synchroon met het vrijwel gelijk gebleven veterinair gebruik van penicillinen (en de vergelijkbare cefalosporinen).

Diagram 1. Resistentietoename in Nederlandse landbouwgrond 1940-2008 23)

Met het gebruik van antibiotica vergroot men de kans dat ook ziekteverwekkende bacteriën deze resistentiemechanismen inbouwen. Aangetoond is dat integrons van bodembacteriën die resistent zijn tegen tetracyclinen over kunnen gaan op micro-organismen die bij vee en mens ziekten kunnen veroorzaken 24). Onduidelijk is hoe snel na beëindiging van het antibioticagebruik de antibioticaresistentie in de bodem weer tot een natuurlijk niveau terugkeert. Een Deense onderzoeksgroep vond in het laboratorium dat het niveau van tetracycline-resistentiegenen zich na ruim zeven maanden herstelde 25). Een andere Deense onderzoekgroep zag in een veldstudie dat de resistentie zich binnen vijf maanden herstelde 26).

• Onderzoek wordt veelal met hoge concentraties en met een of enkele antibiotica gedurende een relatief korte periode uitgevoerd. In die periode neemt de toegediende concentratie van het antibioticum snel af. In de landbouw worden echter meerdere antibiotica tegelijk regelmatig en jaren achtereen in de bodem gebracht. Langdurig onderzoek is noodzakelijk om de lange termijn effecten van antibiotica in de bodem te leren kennen 27).
• Kunnen aan bodemdeeltjes gebonden antibiotica op den duur weer vrijkomen?
• Het lot, waaronder de toxiciteit, van omzettingsproducten van antibiotica in de bodem en in andere milieucompartimenten dient onderzocht te worden.
• Wat zijn de mogelijke gevolgen van een andere soortsamenstelling in de bodem; wat betekent dit bijvoorbeeld voor de verspreiding van ziekten en resistenties?
• Wat zijn de reële routes waarlangs antibioticaresistentie vanuit de bodem weer bij mens en dier terugkomen en hoe groot is de kans op effectieve overdracht van de resistentie?