Bacterial communities and antibiotic resistance genes in hospital effluents and municipal wastewaters of Aveiro

Abstract

O ambiente hospitalar é caracterizado por uma grande diversidade de diferentes espécies bacterianas, as quais podem tornar-se resistentes a antibacterianos. Apesar da natureza específica de efluentes hospitalares, estes são considerados com a mesma carga poluente e como constituintes das águas residuais urbanas, sendo descarregados para redes de esgotos urbana, recolhidos e cotratados com os efluentes municipais na ETAR. O objetivo do estudo consistiu em avaliar a estrutura das comunidades microbianas e determinar a ocorrência e abundância de genes relacionados com resistência a antibióticos (blaCTX-M, blaVIM, blaTEM, blaSHV e intl1) de efluentes hospitalares (internamento e laboratório de microbiologia) e efluentes urbanos (pré e pós-tratamento na ETAR de Cacia). Procedeu-se com a análise por DGGE e por PCR quantitativa. As amostras foram colhidas em duas estações diferentes, revelando as diferenças na estrutura da comunidade bacteriana. As comunidades dos efluentes das hospitalizações e dos efluentes de pré e pós-tratamento ficaram agrupadas no mesmo cluster, enquanto as comunidades predominantes nos efluentes do laboratório de microbiologia localizaram-se num outro cluster. Os cinco genes selecionados estavam presentes em todos os efluentes. Os efluentes hospitalares tiveram a maior abundância total dos genes do que os efluentes urbanos. De todos os genes, blaVIM teve uma abundância notável devido a sua alta abundância de águas residuais nas hospitalizações e enfermarias, seguido por Intl1. blaCTX-M, blaTEM e blaSHV demonstraram abundancias mais baixas. No que diz respeito ao tratamento biológico aplicado na ETAR de Cacia, uma vez que a abundância de genes foi menor após o tratamento, é previsível que o tratamento possa ser moderadamente eficaz. Os nossos resultados mostram que os ambientes hospitalares tendem a ser um ambiente complexos devido à elevada diversidade microbiana, às pressões seletivas criadas pelo uso de antimicrobianos e pelos eventos de transferência lateral de genes. A rede de esgotos urbanos e da ETAR de Cacia representam reservatórios de resíduos de antibióticos, determinantes de resistência a antibióticos e bactérias resistentes a antibióticos.

Hospital environment is characterized by multiplicity of different bacterial species, which some of them can become resistant to antibacterial. Despite the specific nature of hospital effluents, they are considered to be the same pollutant and constituent load as urban wastewaters, being discharged to public sewage networks, collected and co-treated with the urban effluents in the WWTPs. The aim of the study was to evaluate structure of microbial communities and to determinate the occurrence and abundance of genes associated with antibiotic resistance (blaCTX-M, blaVIM, blaTEM, blaSHV and intl1) of Hospital wastewaters (hospital wards and microbiology laboratory) and urban effluents (pre- and post-treatment of WWTP of Cacia). DGGE and qPCR were performed. The samples were collected in two different seasons, revealing differences in bacterial structure community. Hospitalizations and pre-and post-treatment communities were grouped in the some cluster, while microbiology laboratory communities were located in other cluster. The five genes selected were present in all effluents. The hospital wastewaters had the highest total abundance of the genes than the urban effluents. Of all genes blaVIM had a notable abundance due its high abundance in hospitalizations wastewater, followed by intl1. blaCTX-M, blaTEM, blaSHV had the lowest abundances. Regarding with the biological treatment applied in the WWTP of Cacia, once the abundance of the genes was lower after the treatment, it is predictable that the treatment can be moderately effective. Our results show that hospital settings tend to be an environment complex due the high microbial diversity of commensal and nosocomial pathogenic, the selective pressures created by antimicrobial use and the events of lateral gene transfer. The urban sewage network and the WWTP of Cacia represent a receptor of antimicrobial residues and antibiotic-resistance bacteria.