Tipos de Escherichia coli presentes en biofilms de fuentes de agua natural en Aguascalientes, México

Abstract

La contaminación en agua superficial en países en desarrollo continua siendo de gran preocupación. Las aguas residuales tratadas y sin tratar se descargan continuamente dentro de ríos y agua superficial, llevando a posibles brotes de infección y puede ser un mecanismo significativo de diseminación de genes de resistencia a antimicrobianos en el ambiente. En este estudio, la calidad del agua del río San Pedro, el principal río y colector fluvial del Estado de Aguascalientes, México, fue analizada. Treinta locaciones diferentes fueron examinadas. Los resultados muestran altos niveles de contaminación fecal así como alto contenido en materia orgánica e inorgánica suficientes para soportar el crecimiento heterotrófico de microorganismos, indicando baja calidad del agua. Por otra parte, en este trabajo se estudiaron las características de virulencia y perfiles de resistencia a antimicrobianos de 150 cepas de E. coli aisladas del río San Pedro. Se estudiaron sus propiedades fenotípicas de susceptibilidad antimicrobiana y formación de biopelículas, así como sus propiedades genotípicas incluyendo grupos filogenéticos, factores de virulencia, genes de resistencia y mutaciones cromosomales. Los aislados fueron clasificados como patógenos (n = 91) o comensales (n = 59). El método de difusión en disco fue empleado para determinar la susceptibilidad antimicrobiana frente a 13 antibióticos distintos. Cincuenta y dos por ciento de los aislados fueron resistentes al menos a un agente antimicrobiano y 30.6% fueron multi-drogo resistentes. Dieciocho aislados de E. coli mostraron resistencia a quinolonas, 16 de ellos fueron multi-resistentes. Genes de resistencia a quinolonas mediada por plásmidos (PMQR) fueron detectados en 12 aislados. Mutaciones en las posiciones Ser-83 Leu y /o Asp-87  Asn en el gen gyrA fueron detectados así como mutaciones en la posición Ser-80 Ile en parC. Un microarreglo de E. coli (Maxivirulence V 3.1) fue utilizado para caracterizar los genes de virulencia y resistencia de las cepas fluoroquinolona resistentes. Genes de resistencia a antimicrobianos tales como blaTEM, sulI, sulII, dhfrIX, aph3(strA), tet(B) y la presencia de integrones fueron detectados en las cepas. Por otra parte, las aguas residuales provenientes de los rastros municipales, efluentes industriales y la escorrentía urbana que desemboca en el río pueden contribuir a la diseminación de la resistencia a los antibióticos y las bacterias patógenas en el medio ambiente acuático. - 10 - Asimismo, se encontró evidencia de la presencia de E. coli en un estado viable pero no cultivable (VPNC) y la formación de biopelículas de E. coli directamente en el agua del río, lo que sugiere que las biopelículas pueden actuar como reservorio de patógenos bacterianos en los ríos contaminados además de que las bacterias no cultivables también pueden proporcionar un riesgo adicional a la salud pública, ya que estas bacterias conservan su virulencia. En conclusión la presencia de E. coli potencialmente patógenas y resistentes a antibióticos en el río San Pedro tales como fluoroquinolona resistentes pueden poseer un riesgo potencial para la salud humana y animal.

Contamination of surface waters in developing countries is a great concern. Treated and untreated wastewaters have been discharged into rivers and streams, leading to possible waterborne infection outbreaks and may represent a significant dissemination mechanism of antibiotic resistance genes. In this study, the water quality of San Pedro River, the main river and pluvial collector of the Aguascalientes State, Mexico was assessed. Thirty sample locations were tested throughout the River. The main physicochemical parameters of water were evaluated. Results showed high levels of fecal pollution as well as inorganic and organic matter abundant enough to support the heterotrophic growth of microorganisms. These results indicate poor water quality in samples from different locations. One hundred and fifty Escherichia coli isolates were collected and screened by PCR for several virulence genes. Isolates were classified as either pathogenic (n = 91) or commensal (n = 59). The disc diffusion method was used to determine antimicrobial susceptibility to 13 antibiotics. Fifty-two percent of the isolates were resistant to at least one antimicrobial agent and 30.6% were multidrug resistant. Eighteen E. coli strains were quinolone resistant of which 16 were multidrug resistant. Plasmid-mediated quinolone resistance (PMQR) genes were detected in 12 isolates. Mutations at the Ser-83→Leu and/or Asp-87→Asn in the gyrA gene were detected as well as mutations at the Ser-80→Ile in parC. An E. coli microarray (Maxivirulence V 3.1) was used to characterize the virulence and antimicrobial resistance genes profiles of the fluoroquinolone-resistant isolates. Antimicrobial resistance genes such as blaTEM, sulI, sulII, dhfrIX, aph3(strA), and tet(B) as well as integrons were found in fluoroquinolone (FQ) resistance E. coli strains. Furthermore, the discharge of slaughterhouses, industrial sewage and urban runoff may contribute to the dissemination of antibiotic resistance and pathogenic bacteria in the aquatic environment. We also found evidence of the presence of viable but not culturable (VBNC) E. coli in water sources as well as biofilm-forming E. coli directly from river water, suggesting that these biofilms may act as a reservoir for bacterial pathogens in polluted rivers and non-culturability bacteria may also provide an additional risk from - 12 - public health since these bacteria conserve their virulence. In conclusion, the presence of potential pathogenic E. coli and antibiotic resistance in San Pedro River such as FQ resistant E. coli could pose a potential threat to human and animal health.