Molecular epidemiology and antimicrobial resistance spread of environmental Escherichia coli isolates
Authors: Διολή Χρυσούλα 
Published: January 2025

Ανθεκτικά και πολυανθεκτικά στα αντιβιοτικά βακτήρια συνεχώς εντοπίζονται στα λύματα, καθώς συχνά η επεξεργασία που υφίστανται τα λύματα κρίνεται ανεπαρκής στην εξάλειψη τέτοιων ανθεκτικών μικροοργανισμών. Το γεγονός αυτό και δεδομένου ότι τα επιβαρυμένα λύματα καταλήγουν σε υδάτινα σώματα ενώ ταυτόχρονα σε πολλές περιπτώσεις επαναχρησιμοποιούνται για βιομηχανικούς ή αρδευτικούς σκοπούς αποτελεί τεράστια απειλή για την υγεία του ανθρώπου και εν γένει του οικοσυστήματος. Δυστυχώς, στην Ελλάδα δεδομένα σχετικά με την αντιμικροβιακή αντοχή σε περιβαλλοντικά ενδιαιτήματα είναι πολύ περιορισμένα. Ως εκ τούτου, η παρούσα διδακτορική διατριβή σχεδιάστηκε για να μελετήσει την αντιμικροβιακή αντοχή, υιοθετώντας την προσέγγιση της Ενιαίας Υγείας (One Health), και είχε ως στόχο α) να αξιολογήσει τα πρότυπα αντοχής στα αντιβιοτικά και να ανιχνεύσει γονίδια που σχετίζονται με συγκεκριμένους ανθεκτικούς φαινοτύπους, β) να εντοπίσει τους διαφορετικούς γονότυπους που κυκλοφορούν στο εκάστοτε περιβάλλον, γ) να συγκρίνει τα πρότυπα αντοχής και τους γονότυπους που κυκλοφορούν στο υδάτινο περιβάλλον και στο λύμα με αυτούς που επικρατούν στο νοσοκομείο και δ) να εντοπίσει μοριακούς μηχανισμούς που συμβάλλουν στην εξάπλωση της αντιμικροβιακής αντοχής τόσο στο ενδονοσοκομειακό περιβάλλον όσο και σε περιβαλλοντικά ενδιαιτήματα (ποτάμια και λύμα). Για το λόγο αυτό, κατά τη διάρκεια της διπλωματικής εργασίας, απομονώθηκαν συνολικά 139 κλινικά και 502 περιβαλλοντικά στελέχη Escherichia coli (E. coli). Τα περιβαλλοντικά στελέχη ανακτήθηκαν από μη-επεξεργασμένο νοσοκομειακό λύμα, από επεξεργασμένο λύμα και από δείγματα νερού ποταμών. Όλα αυτά τα στελέχη (κλινικά και περιβαλλοντικά) σχετίζονταν μεταξύ τους επιδημιολογικά (χωροχρονικά). Για την διερεύνηση των γονότυπων που κυκλοφορούν στο κλινικό περιβάλλον και στα διαφορετικά περιβαλλοντικά ενδιαιτήματα, όλα τα στελέχη υποβλήθηκαν στην τεχνική μοριακής τυποποίησης της Phylogrouping. Αυτή η μέθοδος έδειξε ότι η φυλογενετική ομάδα Β2 ήταν κυρίαρχη στα κλινικά στελέχη (60%, 84/139) και η δεύτερη πιο συχνή μεταξύ των στελεχών που είχαν απομονωθεί από λύματα, ενώ η ομάδα Α ήταν κυρίαρχη σε όλα τα περιβαλλοντικά στελέχη (48%, 242/502). Για τον προσδιορισμό των προτύπων αντοχής που κυκλοφορούν στο εκάστοτε περιβάλλον, όλα τα στελέχη (κλινικά και περιβαλλοντικά) αξιολογήθηκαν ως προς την ευαισθησία τους σε 18 ευρέως χρησιμοποιούμενα αντιβιοτικά. Με βάση τα αποτελέσματα, η συντριπτική πλειοψηφία τόσο των περιβαλλοντικών όσο και των κλινικών στελεχών εμφάνισε αντοχή, και ιδίως στις πενικιλίνες. Επιπλέον, 84 στελέχη (73 περιβαλλοντικά και 11 κλινικά) που είχαν χαρακτηριστεί ως ανθεκτικά ή πολυανθεκτικά και είχαν φαινότυπο αντοχής που σχετίζεται με παραγωγή β-λακταμασών, υποβλήθηκαν σε μοριακό έλεγχο για την παρουσία γονιδίων β-λακταμασών. Το γονίδιο blaCTX-M-ομάδας 1 βρέθηκε σε 52 στελέχη (62%·52/84), καθιστώντας το το πιο συχνά εμφανιζόμενο γονίδιο β-λακταμάσης μεταξύ κλινικών και περιβαλλοντικών στελεχών. Άλλα γονίδια β-λακταμάσης που ανιχνεύθηκαν περιλάμβαναν blaCTX-M-ομάδα 9 (8,4%; 7/84), blaTEM (14,3%; 12/84), blaSHV (20,2%; 17/84), blaOXA-244 (1,2%; 1 /84), blaCMY-2 (2,4%; 2/84), blaDHA-1 (1,2%; 1/84) και blaFOX-17 (1,2%; 1/84). Τέλος, η πλασμιδιακή τυποποίηση, η δοκιμασία συζευκτικής ικανότητας και η πλασμιδιακή αλληλούχηση εφαρμόστηκαν σε ορισμένα στελέχη που παράγουν β-λακταμάσες αποσκοπώντας στη διερεύνηση του μοριακού υποβάθρου των γονιδίων αντοχής και άλλων μοριακών μηχανισμών που πιθανώς συμβάλλουν στη διασπορά της αντοχής. Από τα 33 στελέχη που επιλέχθηκαν αρχικά για την εκτίμηση της συζευκτικής ικανότητας, μόνο δεκατρία (39,4%· 13/33) φάνηκε πως διέθεταν συζευκτικά πλασμίδια και κατά συνέπεια την ικανότητα μετάδοσης αντοχής σε β-λακταμικά αντιβιοτικά. Σε τρία πλασμίδια, που είχαν απομονωθεί από ένα κλινικό και δύο περιβαλλοντικά στελέχη E. coli που έφεραν γονίδια β-λακταμασών, εφαρμόστηκε αλληλούχηση και ανάλυση. Συγκεκριμένα, τα τρία πλασμίδια ήταν τα ptrc203cli, ptrc618 και ptrc297, τα οποία έφεραν αντίστοιχα τα γονίδια β-λακταμασών blaDHA-1, blaCTX-M-14 και blaSHV-12. Τα δύο πρώτα πλασμίδια κατατάχθηκαν στην ομάδα συμβατότητας IncFII, ενώ το τελευταίο στην ομάδα IncX3. Επιπλέον, αυτά τα συζευκτικά πλασμίδια εκτός από τα προαναφερθέντα γονίδια β-λακταμάσης περιείχαν και επιπλέον γονίδια που προσδίδουν αντοχή σε άλλες κατηγορίες αντιβιοτικών. Συγκεκριμένα, το ptrc203cli μετέφερε ταυτόχρονα γονίδια αντοχής σε β-λακτάμες (blaDHA-1), σουλφοναμίδες (sul1), τριμεθοπρίμη (drfA17) και φθοριοκινολόνες (qnrB4), το πλασμίδιο ptrc618 περιείχε γονίδια αντοχής σε β-λακτάμες (blaCTX-M-14), αμινογλυκοσίδες (aac6'-Ib3), μακρολίδες (mphA) και χλωραμφενικόλη (cmlA1) ενώ το ptrc297 έφερε ένα γονίδιο αντοχής σε β-λακτάμες (blaSHV-12) και κινολόνες (qnrS1). Τα αποτελέσματα έδειξαν επίσης ότι όλα τα γονίδια αντοχής ήταν ενσωματωμένα σε κινητές γενετικές μονάδες (στοιχεία IS και ιντεγκρόνια), οι οποίες συμβάλλουν στην περαιτέρω εξάπλωση της πολυανθεκτικότητας. Συμπερασματικά, τα αποτελέσματα της παρούσας διδακτορικής διατριβής επιβεβαιώνουν για άλλη μια φορά πως το νερό των ποταμών και τα λύματα χρησιμεύουν ως δεξαμενές βακτηρίων ανθεκτικών στα αντιβιοτικά και λειτουργούν ως όχημα για τη διασπορά της αντοχής μεταξύ των διαφορετικών βακτηριακών πληθυσμών.