Deșeurile din Galápagos conduc la crearea de noi rezervoare de bacterii rezistente la antibiotice
Un laborator mobil de microbiologie desfășurat în arhipelagul Galápagos a relevat că locurile marine contaminate cu ape uzate au densități semnificativ mai mari de gene de rezistență la antimicrobiene și bacterii rezistente la medicamente, ridicând astfel îngrijorări cu privire la riscurile potențiale pentru sănătatea umană, animală și a ecosistemului.
O cercetare recentă publicată în revista Nature Communications a evaluat modul în care contaminarea cu ape uzate umane poate promova introducerea, persistența și diversificarea bacteriilor rezistente la multiple medicamente în mediul marin din Galápagos, utilizând supravegherea metagenomică bazată pe laborator mobil.
Rezistența la antimicrobiene (AMR) apare atunci când microorganismele, inclusiv bacteriile, virusurile, fungii și paraziții, dobândesc capacitatea de a rezista la medicamentele destinate să le distrugă sau să le inhibe. Acest fenomen reprezintă o preocupare globală critică pentru sănătate, cu AMR bacterian asociat cu aproximativ cinci milioane de decese la nivel mondial în 2021 și o povară estimată că va crește în continuare.
Impactul AMR este deosebit de acut în țările cu venituri mici și medii (LMIC-uri), unde factori precum supravegherea insuficientă, infrastructura inadecvată, urbanizarea rapidă și utilizarea necorespunzătoare a antimicrobienelor accelerează răspândirea rezistenței.
Relativ puține studii au explorat modul în care mecanismele și căile de mediu contribuie la diseminarea AMR, în special în LMIC-uri, unde supravegherea este limitată de resurse. Această lacună de cunoștințe împiedică intervențiile eficiente și evaluările de risc.
Progresele recente în tehnologiile de secvențiere mobilă, cum ar fi Oxford Nanopore, oferă instrumente promițătoare pentru a aborda deficitul de supraveghere AMR în medii îndepărtate și cu resurse limitate, inclusiv LMIC-uri. Aceste platforme susțin analiza genomică rapidă, bazată pe teren, și detectarea în timp real a genelor AMR și a organismelor rezistente.
Cu toate acestea, secvențierea țintită singură nu poate captura întreaga complexitate a AMR-ului de mediu, subliniind necesitatea unor abordări complementare, cum ar fi supravegherea prin reacție în lanț a polimerazei cuantitative (qPCR), fenotiparea bazată pe cultură și secvențierea metagenomică. Sistemele actuale de tip „mini-laborator” se bazează adesea pe metode bazate pe cultură și necesită o instalare extinsă, subliniind necesitatea unor soluții flexibile și multimodale.
Arhipelagul Galápagos oferă un cadru unic pentru studierea rezistenței la antimicrobiene (AMR) în ecosistemele marine. Majoritatea insulelor rămân nepopulate, dar Santa Cruz și San Cristóbal se confruntă cu o creștere rapidă a populației și a turismului. Deversarea persistentă a apelor uzate neprocesate, în special în zonele de coastă din jurul Puerto Baquerizo Moreno pe San Cristóbal, ridică îngrijorări pentru sănătatea publică și mediu. O supraveghere AMR îmbunătățită este vitală pentru protejarea atât a rezidenților, cât și a vieții marine.
Cercetătorii au dezvoltat un laborator mobil de microbiologie pentru a identifica zonele de contaminare și a corela taxa bacteriană, genele AMR și profilurile de rezistență. Asayele moleculare și microbiologice, inclusiv qPCR fecal, și secvențierea metagenomică nețintită au fost realizate pe insulă folosind un laborator mobil. Asayele qPCR fecale au detectat și cartografiat zonele de contaminare cu ape uzate neprocesate, ajutând la identificarea punctelor fierbinți de contaminare. Secvențierea metagenomică a permis analiza cuprinzătoare a compoziției comunității microbiene, identificarea genelor de rezistență la antimicrobiene și detectarea taxonilor asociați cu contaminarea fecală umană. Analiza metagenomică pe termen lung a fost realizată pe un subset de zece mostre colectate în perioada 2022-2023.
Enterobacteriaceae care fermentează lactoza au fost cultivate selectiv pentru a evalua fenotipurile de rezistență, în timp ce secvențierea întregului genom al tulpinilor de Escherichia coli a relevat contextul genetic și mobilitatea mediată de plasmide a genelor AMR.
Supravegherea mediului pentru contaminarea bacteriană enterică și fecală în mediul marin din jurul San Cristóbal a implicat 2 ani de prelevare de probe din 16 site-uri marine, 2 site-uri de apă dulce și 2 instalații de tratare a apelor uzate municipale care conțineau ape uzate brute. Site-urile de prelevare au fost distribuite pe întreaga insulă.
Prelevarea extensivă de apă pe parcursul a doi ani a relevat o contaminare fecală pervazivă în mediul marin din San Cristóbal, provenind atât din surse umane, cât și animale. Un marker universal de scaun a fost detectat la toate site-urile, în timp ce un marker specific uman, indicativ pentru ape uzate neprocesate, a arătat niveluri constant ridicate la Punta Carola Pipe, un mare punct de deversare a apelor uzate. În contrast, mai multe plaje recreaționale și îndepărtate au arătat contaminare umană scăzută sau sporadică, în timp ce observațiile de la unele site-uri din apropiere sugerează că barierele fizice locale, curenții, vremea și modelele de deversare pot influența dispersia contaminanților.
Numere mari de bacterii coliforme viabile au fost detectate în locații cu semnale puternice ale markerilor umani, întărind dovezile de contaminare cu ape uzate de origine umană. Au fost găsite mai mult de 3.000 de unități formatoare de colonii pe mililitru (CFU/mL) de coliformi la Punta Carola Pipe și Laguna, cu numere similare observate la Muelle de Pescadores și Playa de Oro în anumite perioade.
Secvențierea metagenomică pe termen lung a evidențiat o contaminare semnificativă a microbilor și a genelor AMR în site-urile afectate de ape uzate. Mostrele de ape uzate și cele de la Punta Carola Pipe conțineau bacterii enterice și potențial patogene abundente, cu cea mai mare densitate și diversitate de gene AMR, inclusiv cele care conferă rezistență la tetracicline, beta-lactame și macrolide. Site-urile îndepărtate, mai puțin afectate, adăposteau bacterii marine tipice și puține gene AMR.
Testele fenotipice ale 183 de izolate coliforme de mediu au relevat că rezistența la multiple medicamente (MDR) era comună la site-urile de ape uzate și de deversare, cu 38-42% din izolate prezentând rezistență la trei sau mai multe clase de antibiotice.
Cercetătorii au identificat linii de E. coli de risc ridicat, distribuite global, inclusiv ST10, ST58, ST69 și ST155. Multe dintre genele de rezistență dobândite, în special cele care afectează aminoglicozidele, tetraciclinele, sulfonamidele și macrolidele, erau situate în principal pe plasmide. Analiza la nivel de tulpină a arătat dovezi consistente cu partajarea recentă a plasmidelor, recombinarea și achiziția sau pier
