Šíření klinicky významných izolátů E. coli rezistentních k beta-laktamům z nemocnic do prostředí

Bc. Aneta Kovářová

Master's thesis

Spread of clinically important E. coli isolates resistant to beta-lactams from hospitals to the environment

Abstract:

Rezistence bakterií k antibiotikům je celosvětovým problémem, který komplikuje léčbu infekčních onemocnění v humánní i veterinární medicíně. Časté podávání antibiotik vede k selekci rezistentních bakterií, které se přes přečištěné odpadní vody následně šíří do životního prostředí. Odpadní vody a čistírny odpadních vod jsou v dnešní době známy jako ohniska výskytu bakterií a genů rezistence vůči antibiotikům. Cílem práce je charakterizovat soubor izolátů E. coli rezistentních k beta-laktamům získaných z odpadních vod, nemocničních vod, přečištěných vod, vody z řeky a od hospitalizovaných pacientů pocházející ze dvou lokalit z České republiky. Vzorky odpadních vod byly selektivně kultivovány na půdě s přídavkem cefotaximu nebo meropenemu a získané izoláty byly druhově určeny pomocí MALDI-TOF. U získaných kmenů E. coli byl určen fenotyp rezistence, a to stanovení produkce beta-laktamáz a minimální inhibiční koncentrace k 24 antibiotikům. Pomocí celogenomového sekvenování izolátů byla získána data o sekvenčním typu a obsahu genů rezistence. Z 218 testovaných izolátů byla většina (n=183) identifikována jako producent širokospektrých beta-laktamáz. Současně u všech izolátů byla zjištěna rezistence k ampicilinu, piperacilinu a cefotaximu, zatímco všechny kmeny byly citlivé k meropenemu. Díky výsledkům z celogenomového sekvenování bylo celkově detekováno 52 různých sekvenčních typů. U kmenů z nemocničních vod se nejčastěji vyskytoval ST1972, u izolátů získaných ze vzorků hospitalizovaných pacientů ST131. Nejčastěji detekovaným genem kódujícím tvorbu širokospektré beta-laktamázy byl gen blaCTX-M. Největší míra rezistence byla prokázána u nemocniční vody lokality A. Odtok z čistírny odpadních vod prokazoval minimální snížení rezistence v porovnání s přítokem na čistírnu odpadních vod. Výsledky získané v rámci této diplomové práce potvrzují, že dochází k šíření rezistentních bakterií a jejich genů v nemocničním prostředí, prostředí odpadních vod a ČOV.

Abstract:

The emergence of antibiotic resistance is becoming a major global issue which complicates treatment of infectious diseases in human and veterinary medicine. The intense and frequent application of antibiotics in our society leads to the selection of resistant bacteria which can be spread through wastewater treatment plants (WWTP) into the environment. Wastewater and WWTP are considered as hotspots for antibiotic-resistant bacteria and resistant genes. The aim of this thesis was characterized a collection of E. coli isolates resistant to beta-lactams obtained from wastewater, hospital effluent, purified water, river water and from hospitalized patients originating in two locations in the Czech Republic. Samples were selected on medium with addition of cefotaxime or meropenem and isolates were identified using MALDI-TOF. The resistance phenotype of E. coli strains was determined by testing beta-lactamase production and a minimum inhibitory concentration to 24 antibiotics. Moreover, whole genome sequencing was used to obtain whole spectrum of resistance genes and sequence type in our E. coli collection. Out of 218 characterized isolates, the majority (n = 183) belonged to extended-spectrum beta-lactamases producers. All isolates were resistant to ampicillin, piperacillin and cefotaxime but showed sensitivity to meropenem. Furthermore, the results of whole genome sequencing revealed a total of 52 different sequence types among the E. coli collection. From hospital effluent strains the most common was ST1972, ST131 in isolates obtained from samples from hospitalized patients. The most frequently detected gene encoding extended-spectrum beta-lactamase production was gene blaCTX-M. The highest level of resistance was found in the hospital effluent of site A. The outflow from the WWTP showed a minimal resistance reduction in comparison with the inflow to the WWTP. To conclude this study, we can confirm the emergence and spread of cefotaxime-resistant bacteria and their genes in the hospital environment and wastewater treatment plants.

Keywords

Escherichia coli, beta-laktamová antibiotika, antibiotická rezistence, odpadní vody, čistírny odpadních vod, beta-lactam antibiotics, antibiotic resistance, waste water, wastewater treatment plants

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 10. 5. 2022

Thesis defence

• Date of defence: 20. 6. 2022
• Supervisor: doc. RNDr. Monika Dolejská, Ph.D.
• Reader: RNDr. Kristýna Dufková

Masaryk University

Faculty of Science

Master programme / field:
Microbiology / Microbiology