Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/10316/92611
Title: Rivers as routes for the spread of antibiotic resistance: role of anthropogenic pressures and risks to Human health
Other Titles: Rios como via para a dispersão de resistência a antibióticos: papel das pressões antropogénicas e riscos para a saúde humana
Authors: Laço, José Maria Serpa
Orientador: Henriques, Isabel da Silva
Tacão, Marta
Keywords: CTX-M; Enterobacteriaceae; Resistencia a antibioticos; Poluição de rios; β-lactamases; CTX-M; Enterobacteriaceae; Antibiotic resistance; River pollution; β-lactamases
Issue Date: 23-Jul-2020
Serial title, monograph or event: Rivers as routes for the spread of antibiotic resistance: role of anthropogenic pressures and risks to Human health
Place of publication or event: Microlab, Universidade de Aveiro
Abstract: A resistência a antibióticos é um problema crescente a nível mundial associado ao uso abusivo de antibióticos tanto em humanos como animais. Enterobacteriaceae resistentes a cefalosporinas de 3ª geração geram grande preocupação, dado que são fármacos de primeira linha utilizados para tratar infeções causadas por estes agentes infeciosos. A resistência a este tipo de antibióticos é mediada por beta-lactamases de espectro alargado (ESBLs), sendo as CTX-M as mais prevalentes a nível mundial. O rio Lis é um rio com elevados níveis de poluição localizado na região centro de Portugal, sujeito a diversas pressões antropogénicas incluindo descargas ilegais de resíduos provenientes de suiniculturas. Este estudo tem como objetivos: 1) determinar a prevalência de Enterobacteriaceae resistentes a cefotaxima ao longo do rio Lis em dois anos; 2) determinar a afiliação filogenética, clonalidade e perfis de suscetibilidade a antibióticos de bactérias portadoras do gene blaCTX-M isoladas deste rio; e 3) caracterizar a diversidade de genes blaCTX-M, o seu contexto genómico e associação a elementos genéticos móveis. O rio Lis apresentou qualidade da água muito baixa nos 15 locais amostrados, tanto em 2018 como em 2019. Dados recolhidos em 2018 revelaram a presença de bactérias resistentes a cefotaxima em todos os locais, geralmente mais abundantes em locais com menor qualidade da água. Em 2019 foi observada a mesma tendência, mas não foi detetada qualquer bactéria resistente a cefotaxima em três dos locais amostrados. Dos 147 isolados resistentes à cefotaxima distribuídos por 9 géneros, em 68 (46%), pertencentes a 4 géneros, foi detetado o gene blaCTX-M. A tipagem molecular mostrou a presença de isolados provavelmente clonais em diferentes locais e nos dois anos, sugerindo persistência das estirpes no rio e provavelmente fontes de poluição contínuas. Os isolados clonais recolhidos no mesmo local e no mesmo ano foram excluídos da restante análise. Os restantes 54 isolados pertenciam aos géneros Escherichia (n = 32), Klebsiella (n = 18), Enterobacter (n = 3) e Citrobacter (n = 1). Destes isolados, 79,6% mostraram perfis de multirresistência, com 2 isolados a revelarem baixa suscetibilidade ao imipenemo, um antibiótico utilizado em último recurso. Sete variantes diferentes de blaCTX-M foram encontradas, nomeadamente blaCTX-M-1, blaCTX-M-3, blaCTX-M-15, blaCTX-M-32, blaCTX-M-55, blaCTX-M-14, blaCTX-M-27 e blaCTX-M-65, sendo a blaCTX-M-15 a mais prevalente (52,5% dos isolados), tal como descrito mundialmente. A variante blaCTX-M-65 foi detetada pela primeira vez em Portugal. A ISEcp1 foi detetada na região a montante do gene para todas as variantes, e IS903 ou orf477 estavam presentes na região a jusante do gene. Os resultados deste estudo reforçam os graves problemas de poluição no rio Lis. Em locais com mais baixa qualidade da água foram registados os níveis mais elevados de resistência e prevalência do gene blaCTX-M, sugerindo este gene como um marcador de poluição. O número elevado de variantes de blaCTX-M detetadas em Enterobacteriaceae, em contextos frequentemente descritos em isolados clínicos, sugere que a água do rio Lis representa um risco considerável para a saúde humana. Este risco deve ser avaliado em detalhe dado que a água deste rio é utilizada frequentemente para irrigação, pesca e atividades de lazer.
Antibiotic resistance is a growing worldwide problem derived from overuse of antibiotics in both humans and animals. Enterobacteriaceae resistant to 3rd generation cephalosporins are a great concern, as these are first-line drugs to treat infections caused by these common pathogens. Resistance to these antibiotics is mainly mediated by extended spectrum beta-lactamases (ESBLs), being CTX-M the most prevalent worldwide. The Lis river is a heavily polluted river in central Portugal, affected by several anthropogenic pressures including illegal waste discharges from piggeries. This study aims are: 1) to determine the prevalence of cefotaxime-resistant Enterobacteriaceae along the Lis river, in two years; 2) to determine the phylogenetic affiliation, clonality and antibiotic susceptibility profiles of blaCTX-M carriers isolated in Lis river; and 3) to characterize the diversity of blaCTX-M genes, their genomic context and association to mobile genetic elements. The Lis river presented a very low water quality in the 15 sampling sites, both in 2018 and 2019. Data from the 2018 campaign revealed the occurrence of cefotaxime-resistant bacteria in all sites, generally with higher rates in sites with lower water quality. In 2019 the same trend was observed but cefotaxime-resistant bacteria were not detected in three sites. From 147 cefotaxime-resistant isolates included in 9 genera, 68 (46%) carried the blaCTX-M gene and affiliated with 4 genera. Molecular typing revealed the presence of potentially clonal isolates in different sites and in the two years, suggesting survival of the strains in the river and probably continuous pollution inputs from the same sources. Clonal isolates collected in the same site and at the same time were excluded from further analysis. The remaining fifty-four isolates affiliated with Escherichia (n = 32), Klebsiella (n = 18), Enterobacter (n = 3) and Citrobacter (n = 1). From these, 79.6% showed a multiresistance profile with 2 isolates with reduced susceptibility to imipenem, a last-resort antibiotic. Seven different variants of blaCTX-M were found, namely blaCTX-M-1, blaCTX-M-3, blaCTX-M-15, blaCTX-M-32, blaCTX-M-55, blaCTX-M-14, blaCTX-M-27 and blaCTX-M-65, with blaCTX-M-15 being the most prevalent (52.5% of the isolates), as reported worldwide. blaCTX-M-65 was detected for the first time in Portugal. ISEcp1 was detected upstream the gene for all variants, and IS903 or orf477 were present in the downstream region. Results from this study reinforce the serious pollution problems in the Lis river. Sites with lower water quality also showed the highest resistance rates and the highest prevalence of the blaCTX-M gene, suggesting this gene as a pollution marker. The high number of blaCTX-M variants detected in Enterobacteriaceae, in contexts frequently reported in clinical isolates, suggest that the Lis river water may present relevant human health risks, which must be further assessed since this water is frequently used for irrigation, fishing and leisure activities.
Description: Dissertação de Mestrado em Bioquímica apresentada à Faculdade de Ciências e Tecnologia
URI: http://hdl.handle.net/10316/92611
Rights: embargoedAccess
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