Antibiotic resistance in Escherichia coli isolates from different sources

Abstract

A descoberta e produção de antibióticos foi um grande avanço para a medicina na primeira metade do século passado. No entanto, as bactérias adaptaram-se rapidamente desenvolvendo mecanismos de resistência aos antibióticos cuja disseminação é facilitada pela transferência horizontal de genes. Hoje em dia a resistência a antibióticos constitui um problema de saúde pública sendo detectada não só a nível clínico, mas também em ambientes naturais, com particular destaque para os ambientes aquáticos. As ilhas das Berlengas são uma reserva natural. No entanto tem sido detectada poluição associada a contaminação fecal na água da praia. Estudos anteriores concluíram que a principal origem desta contaminação são as fezes de gaivotas existentes na ilha. O objectivo principal deste estudo foi analisar o perfil de resistência a antibióticos de isolados de Escherichia coli obtidos da água da praia da ilha das Berlengas, de fezes de gaivotas e do único efluente de águas residuais de origem humana existente na ilha. Com isto, pretende-se avaliar o risco para a saúde pública da contaminação fecal da água e confirmar a origem dessa poluição. Foi também objectivo deste trabalho identificar marcadores associados a resistência a antibióticos que contribuam para descriminar as fontes de poluição fecal. Neste sentido procedeu-se à classificação dos 414 isolados de E. coli das diferentes fontes de acordo com os principais grupos filogenéticos (A, B1, B2 e D): mais de 70% dos isolados pertenciam aos grupos A e B1 geralmente associados a estirpes comensais. Nas três fontes estudadas existem isolados do grupo A, B1 e D. Verificaram-se isolados do grupo B2 apenas no efluente (10,1%) e em fezes (3,9%). Foi avaliada a susceptibilidade a antibióticos usando o método de difusão em disco. Globalmente registaram-se para a ilha das Berlengas elevadas percentagens de resistência aos antibióticos testados, com prevalência a nível das penicilinas, aminoglicosídeos e tetraciclinas. A resistência a cefalosporinas de 3ª geração, ao imipenemo e ciprofloxacina foi rara e mais frequente em isolados do efluente. Registou-se uma elevada taxa de isolados multiresistentes (cerca de 30%). Foram pesquisadas as bases genéticas para os fenótipos obtidos, sendo blaTEM, tet(A) e sul2 os genes mais frequentemente detectados. Verificou-se a ocorrência de blaCTX-M-1 num isolado de água e blaCMY-2 num de fezes. O contexto genético determinado para estes genes foi idêntico ao previamente descrito para isolados clínicos. Obtiveram-se diferenças significativas entre o padrão de resistência da água e do efluente. Além disso, alguns dos fenótipos e genótipos detectados em isolados de água ocorreram apenas numa das fontes: fezes (em maior número) ou efluente. Para a utilização destes fenótipos e genótipos como marcadores seriam necessários mais estudos. Este estudo mostra que a poluição fecal associada a fezes de gaivotas, embora geralmente considerada menos grave que a associada a fezes de humanos, pode constituir um risco para a saúde pública.

The discovery and production of antibiotics was a major breakthrough for medicine in the first half of the last century. However, bacteria have adapted quickly through the development of antibiotic resistance mechanisms that spread easily by horizontal gene transfer. The acquisition and dissemination of resistance were promoted by the intensive (mis)use of antibiotics. Nowadays, antibiotic resistance is a public health problem and is found not only in clinical isolates but also in natural environments with particular emphasis for the aquatic ones. The Berlengas Islands are a natural reserve. However it was detected fecal contamination in the beach water, for which the main origin was determined to be, in previous studies, the seagull feces. The aim of this study was to analyze the antibiotic resistance of Escherichia coli isolates from the Berlengas beach water, gull feces and from the only humanderived wastewater effluent in the Island and so to assess the risk to public health of the fecal contamination and confirm its origin. It was also a goal to identify markers based on antibiotic resistance to fecal pollution sources discrimination. In this sense we proceeded to the classification of the 414 Escherichia coli isolates from different sources in accordance with the main phylogenetic groups (A, B1, B2 and D), and over 70% of the isolates belonged to groups A and B1, usually associated with commensal strains. These two groups, along with group D, were the most frequent in all sources. Group B2 was only present in effluent (10.1%) and in a lower percentage in feces (3.9%). The assessment of antibiotic susceptibility was performed for all isolates using the disk diffusion method. Overall, high percentages of resistance to the antibiotics tested were detected in the Berlengas island, particularly to penicillins, aminoglycosides and tetracyclines. Resistance to 3rd generation cephalosporins, to imipenem and ciprofloxacin was rare but more frequent in effluent isolates. It was also observed a global high rate of multiresistant isolates (around 30%). It was investigated the genetic basis for the phenotypes obtained, and blaTEM, tet(A) and sul2 genes were the most frequently detected genes. blaCTX-M-1 was detected in one water isolate and blaCMY-2 in one feces isolate. The genetic context determined for these two genes was identical to what has been described for clinical isolates. There were significant differences between the resistance patterns of water and the effluent. Some phenotypes and genotypes observed in water were only present in one of the other two sources: feces (in major number) and effluent. The potential use of these phenotypes and genotypes as markers of these pollution sources must be further investigated. This study demonstrates that fecal pollution associated to gull feces, though generally considered less dangerous than human fecal pollution, may also constitute a risk to public health.