Vliv zemědělských polutantů na bakteriální rezistenci a virulenci

Petra Nezdařilová

Bakalářská práce

The effect of agricultural pollutants on bacterial resistance and virulence

Anotace:

Kvůli patogenním bakteriálním kmenům jsou selata po odstavu zatížena průjmy, které mohou vést k jejich úhynům. Za účelem snížení těchto problémů byla selatům podávána antibiotika. Zjistilo se, že používání antibiotik ve vysoké míře vede ke zvyšování antibiotické rezistence bakterií. Z tohoto důvodu se jako alternativa začal používat oxid zinečnatý. Bohužel, aplikace zinku po delší dobu vede u bakterií též k vývoji rezistence na antibiotika. U bakterie Pseudomonas aeruginosa, zvýšená rezistence na antibiotika představuje velký problém, zejména při léčbě cystické fibrózy a střevních chorob. Tato bakalářská práce se zaměřuje na bakterii P. aeruginosa ošetřenou sub-inhibičními koncentracemi oxidu zinečnatého (ZnO) a nanočásticemi oxidu zinečnatého (ZnO NPs) po 20. pasáž. Určením minimální inhibiční koncentrace (MIC) na antibiotika bylo zjistilo, že bakterie P. aeruginosa ošetřená ZnO NPs způsobuje dvojnásobné zvýšení MIC u aztreonanu, gentamicinu a netilmicinu ve srovnání s kontrolou (20. pasáž P. aeruginosa bez ošetření) a naopak dvojnásobné snížení MIC u amikacinu, kolistinu a cefepimu též oproti kontrole. Výsledky pro aztreonam a cefepim byly stejné i u 20. pasáže P. aeruginosa ošetřenou ZnO. Zde navíc došlo ke dvojnásobnému snížení citlivosti ještě na piperacillin v kombinaci s tazobaktamem. Dále byl zkoumán vývoj rezistence a virulence působením zinku u těchto pasáží pomocí real-time qPCR metody u sledovaných genů se zaměřením především na geny kódující efluxní pumpy. U těchto genů nedošlo k výrazné změně působením zinku. Signifikantní snížení exprese bylo pozorované jen u genu MexCD-OprJ u 20. pasáže P. aeruginosa. Ošetření bakterie P. aeruginosa zinkem, především ZnO NPs, vedlo k zásadním změnám ve vývoji rezistence na antibiotika. Z tohoto důvodu není dobré podávat selatům krmiva obsahující ZnO NPs, kvůli zvyšující se rezistenci na antibiotika. Pro lepší pochopení, které mechanismy této bakterie se podílejí na antibiotické rezistenci, bude třeba provézt další výzkum související s činností efluxních pump.

Abstract:

Because of pathogenic bacterial strains, weaned piglets are burdened with diarrhea, which can lead to their deaths. Antibiotics were given to piglets to reduce these problems. It found that the use of antibiotics to a high degree led to an increase in antibiotic resistance of bacteria. For this reason, zinc oxide has started to be used as an alternative. Unfortunately, applying zinc over a long period of time also leads to the development of antibiotic resistance in bacteria. In Pseudomonas aeruginosa, increased antibiotic resistance is a major problem, particularly in the treatment of cystic fibrosis and intestinal diseases. This Bachelor thesis focuses on the bacterium P. aeruginosa treated with sub-inhibitory concentrations of zinc oxide (ZnO) and zinc oxide nanoparticles (ZnO NPs) after the 20th passage. By determining the minimum inhibitory concentration (MIC) on antibiotics, the 20th passage treated with ZnO NPs was found to cause a two-fold increase in MIC in aztreonan, gentamicin and netilmicin compared to control (20th passage of P. aeruginosa without treatment) and conversely a two-fold decrease in MIC in amikacin, colistin and cefepim also compared to control. The results for aztreonam and cefepim were the same for the 20th passage of P. aeruginosa treated with ZnO. In addition, there was a two-fold decrease in sensitivity to piperacillin in combination with tazobactam. Furthermore, the effect of the development of resistance and virulence by zinc action in these passages was investigated using the real-time qPCR method in the genes studied, focusing primarily on genes coding for efflux pumps. There was no significant change in zinc exposure in these genes. A significant reduction in expression was observed only in the MexCD-OprJ gene in the 20th passage of P. aeruginosa. Treatment of P. aeruginosa with zinc, mainly ZnO NPs, has led to major changes in the development of antibiotic resistance. For this reason, feed containing ZnO NPs is not good for piglets, due to increasing antibiotic resistance. Further research related to efflux pump activity will be needed to better understand which mechanisms of this bacterium are involved in antibiotic resistance.

Klíčová slova

antimikrobiální rezistence, efluxní pumpy, zinek, oxid zinečnatý, selata, nanočástice zinku, Pseudomonas aeruginosa

Keywords

zinc oxide, efflux pump, Pseudomonas aeruginosa, zinc nanoparticles, zinc, antibiotic resistance, piglets

Jazyk práce: čeština

Datum vytvoření / odevzdání či podání práce: 21. 8. 2024

Obhajoba závěrečné práce

• Vedoucí: Ing. Kristýna Číhalová, Ph.D.
• Oponent: Pavlína Jelínková, externi

Mendelova univerzita v Brně

Agronomická fakulta

Bakalářský studijní program:
Technologie potravin