Abundancia, diversidad y perfiles de multirresistencia de bacterias cultivables resistentes a los antibióticos en la ría de Huelva y La Chorrera de Despeñalaguna (Guadalajara)

Abstract

The bacterial resistance to antibiotics is an ever increasing phenomena of great importance to human health that could be related to the use of antibiotics, but the origin of resistance could had been in environmental bacteria from which they could pass to pathogenic ones. In this Ph.D. Thesis we started a research project to study the possible relationship between the environmental and the clinical resistances. Thus, the abundance of bacteria resistant to each one of the ten tested common-used and one last-resort antibiotics was determined in two biological systems, one, the Huelva’s estuary, a saline and with heavy metals contaminated environment, and the other, the Chorrera de Despeñalagua (Guadalajara), a fresh water and quasipristine one. Marine and nutritive agars were used for this purpose and levels of total, culturable and resistant bacteria to each antibiotic were determined. The relative abundances found were different for each antibiotic and environment, detecting in general the highest values for resistance to tetracycline (Tc), trimethoprim (Tm) or vancomycin (Vm) on the marine agar and for Tm and Vm on the nutritive one. 579 ampicillin resistant bacteria were isolated from the estuary and 505 from the Chorrera, which then were tested for resistance to the other ten antibiotics. We detected 143 and 92 multiresistance profiles, respectively. Multiple antibiotic resistance indexes (MAR) were calculated for each isolate and for groups of them based on their environmental origins and the media used for their isolation. We found the highest values for those isolates obtained on nutritive agar, or the sediments among those from the estuary, and for those obtained on marine agar among the ones from the Chorrera. In general the MAR indexes were high, corresponding to the resistance to more than half of the tested antibiotics. Isolates with different multiresistance profiles were phylogenetically assigned to the species level, affiliated to 8 classes, 51 genera and more than 80 species from the estuary and about 6 classes, 20 genera and almost 40 species from the Chorrera. Some of the found species have been reported as opportunistic human pathogens, or fish or plants pathogens. Certain genera showed intrinsic resistance to some antibiotics, while resistance to others could be acquired and perhaps, some of these, transferable to other bacteria, what still remains to be studied. Among the acquired resistances, some statistically significant associations between resistance to particular pairs of antibiotics in some genera have been found, indicating the existence of shared mechanisms of resistance, possible based on efflux pumps with antibiotic specificities still not described, or other mechanisms that are transferred together among species of the same genera or even among different genera through mobile genetic elements. In addition, the resistance of the isolates from both studied environments to ertapenem (Ep), a carbapenem antibiotic used for the treatment of certain serious infections, was tested. High numbers of isolates were resistant to this antibiotic, which also showed high minimal inhibitory concentrations (MIC) for these bacteria. During this project an effect of the marine agar on the activity of Tc and Ep was noticed, which could be related to bacteria adaptation mechanisms triggered by the higher osmolarity of this medium, which opens up opportunities for analyzing this issue in future projects.

La resistencia bacteriana a los antibióticos es un fenómeno creciente e importante para la salud humana. Este crecimiento podría tener que ver con el uso de los antibióticos, pero el origen de las resistencias pudo estar en bacterias ambientales de las que en algún momento pudieron pasar a las patógenas. Esta tesis doctoral se ha desarrollado en el camino para estudiar la posible relación entre las resistencias ambientales y las clínicas, iniciando una línea de investigación en este campo en la que se ha determinado la abundancia de bacterias resistentes a diez antibióticos de uso común y otro de último recurso, en dos sistemas biológicos, uno, la ría de Huelva, salino y contaminado, y otro, la Chorrera de Despeñalagua (Guadalajara), de agua dulce y cuasi prístino. Se han empleado medios de cultivo nutritivo y marino y se han medido bacterias totales, cultivables y resistentes a cada antibiótico. La abundancia relativa de resistentes fue diferente para cada antibiótico y en cada sistema, observándose, en general, abundancias más elevadas para tetraciclina (Tc), trimetoprima (Tm) y vancomicina (Vm) sobre medio marino, y para Tm y Vm sobre nutritivo. Se han aislado 579 bacterias resistentes a ampicilina (Apr) de la ría y 505 de la Chorrera, de los que se ha determinado su resistencia a los otros diez antibióticos, detectándose 143 y 92 perfiles de multirresistencia respectivamente. Se han calculado los índices de resistencia múltiple a antibióticos (MAR) de cada aislado y de grupos de ellos según su procedencia y medio de aislamiento, observándose valores superiores para los aislados sobre medio nutritivo, y para los del sedimento, entre los de la ría, y para los de marino en la Chorrera. En general los niveles de MAR observados fueron elevados correspondiendo a resistencia a más de la mitad de los antibióticos empleados. Se han identificado los aislados con distintos perfiles de multirresistencia hasta nivel de especie, asignándose a 8 clases, 51 géneros y más de 80 especies los de la ría y a 6 clases, 20 géneros y cerca de 40 especies, los de la Chorrera. Algunas de estas especies se han descrito como patógenos oportunistas en humanos, o patógenos de peces o plantas. Se ha determinado que algunos de los géneros tienen resistencia intrínseca a ciertos antibióticos mientras que otras serían adquiridas, y candidatas a ser transmisibles a otras bacterias, lo que está por determinar. Entre las últimas se han detectado algunas asociaciones estadísticamente significativas de dos antibióticos, que por ello podrían encontrarse en elementos genéticos móviles, o ser ambos sustrato de bombas de eflujo con especificidades no descritas. Adicionalmente se ha determinado la resistencia a ertapenem (Ep), un antibiótico empleado en eltratamiento de ciertas infecciones graves, con una alta prevalencia de aislados Epr con CMIs elevadas, en particular sobre medio marino. Durante estos estudios se ha detectado un efecto del medio marino sobre la resistencia a Tc y Ep, que podría estar relacionada con procesos de adaptación de las bacterias a la presión osmótica.