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Title: Caracterização do metagenoma e do resistoma microbiano de efluente hospitalar e de suas possíveis implicações na Vigilância Ambiental em Saúde
Advisor: Clementino, Maysa Beatriz Mandetta
Members of the board: Romão, Célia Maria Carvalho Pereira Araújo
Capasso, Ivano Raffaelle Victorio de Filippis
Bisaggio, Danielle Frias Ribeiro
Authors: Carvalho, Deborah de Oliveira Santoro
Affilliation: Fundação Oswaldo Cruz. Instituto Nacional de Controle de Qualidade em Saúde. Rio de Janeiro, RJ, Brasil.
Abstract: Efluentes hospitalares representam grande risco para a saúde pública, devido a sua capacidade de disseminar patógenos e genes de resistência no meio ambiente. Pseudomonas aeruginosa é um dos principais micro-organismos recuperados desse efluente e, devido à sua resistência intrínseca a múltiplas drogas e de genes de resistência presentes em elementos móveis, possui a capacidade de colonizar vários ambientes. O objetivo principal deste estudo foi determinar a estrutura taxonômica e o resistoma de comunidades microbianas e suas alterações no resíduo líquido tratado de uma estação de tratamento de esgoto hospitalar (ETEH) na cidade do Rio de Janeiro. Cinquenta e sete isolados de P. aeruginosa obtidos a partir da ETEH (n=29 do afluente e n=28 do efluente) foram analisados quanto à susceptibilidade aos antimicrobianos, pelo método de difusão de discos. Os isolados apresentaram menor susceptibilidade aos antimicrobianos ticarcilina/ácido clavulânico (48,3%), aztreonam (44,8%) e gentamicina (27,5%) no afluente e ao aztreonam (35,7%), ticarcilina/ácido clavulânico (28,6%), gentamicina (14,3%) e meropenem (14,3%) no efluente. Quarenta e quatro vírgula oitenta e três por cento dos isolados de P. aeruginosa do afluente foram classificados como multidroga resistente (MDR ≥ 3 classes) enquanto 21,43% dos isolados do efluente apresentaram perfil MDR. A diversidade bacteriana foi analisada pelo sequenciamento de nova geração da região V4 do 16S rDNA e o resistoma microbiano através do sequenciamento metagenômico por shotgun. As sequências foram analisadas pelos programas MG-RAST, ARDB e CARD. O efluente hospitalar revelou maior abundância do filo Proteobacteria nas duas bibliotecas (afluente e efluente da ETEH), sendo a maioria das sequências pertencentes à classe Gammaproteobacteria. Os filos Firmicutes e Bacteroidetes foram prevalentes no afluente. A composição do resistoma revelou 33 genes de resistência aos antibióticos no afluente e 29 no efluente. Destes, 75,8% (afluente) e 79,3% (efluente) foram de genes envolvidos em sistemas de efluxo. A resistência à ticarcilina/ácido clavulânico, aztreonam e gentamicina nos isolados de P. aeruginosa pode ter sido mediada por bombas de efluxo e/ou por genes de resistência presentes em elementos móveis, também revelados na análise do resistoma. Nossos resultados nos permitem concluir que a abordagem da metagenômica foi essencial na determinação da estrutura taxonômica e resistoma microbiano e suas alterações, antes e pós-tratamento do efluente hospitalar; e que o descarte de resíduos líquidos provenientes de hospitais, ainda que tratados, contribuem para a disseminação de bactérias resistentes e genes de resistência nos ambientes aquáticos. Finalmente, esses dados poderão contribuir com a Vigilância Sanitária Ambiental no que se refere ao desenho de ações preventivas aos impactos negativos desses efluentes no ambiente e na saúde pública.
Abstract: Hospital effluents represent great risk to public health due to its ability to spread pathogens and resistance genes in the environment. Pseudomonas aeruginosa is one of the main microrganisms recovered from these effluents and due to its inherent multidrug resistance and resistance genes in transposable elements and their ability to colonize several environments. The main aim of this study was to determine the taxonomic structure and the resistome of microbial communities and their variations in the treated liquid waste from hospital wastewater treatment plant located in Rio de Janeiro city. Fifty-seven isolates of P. aeruginosa from the hospital wastewater treatment plant - HWTP (n = 29 of influent and n = 28 of effluent) were analyzed for antimicrobial susceptibility by disc diffusion method. The isolates showed decreased susceptibility to antimicrobial ticarcillin/clavulanic acid (48.3%), aztreonam (44.8%) and gentamicin (27.5%) in the influent and aztreonam (35.7%), ticarcillin/clavulanic acid (28.6%), gentamicin (14.3%) and meropenem (14.3%) in the effluent. Forty-four and eighty-three percent of P. aeruginosa isolates from affluent were multidrug-resistant (MDR ≥ 3 antibiotic classes) while 21.43% of the effluent isolates showed MDR profile. Bacterial diversity and microbial resistome were analyzed by the next-generation sequencing for V4 region of the 16S rDNA metagenomic shotgun sequencing, respectively. The sequences obtained were deduced by software MG-RAST, ARDB and CARD. The hospital effluent revealed higher abundance of Proteobacteria phylum in the two libraries (influent and effluent HWTP), the majority of the sequences belong to Gammaproteobacteria class. The Phyla Firmicutes and Bacteroidetes were prevalent in affluent. The composition of resistome revealed 33 genes (influent) and 29 genes (effluent) of antibiotic resistance. Of these, 75.8% (influent) and 79.3% (effluent) were genes involved in efflux systems. The resistance to ticarcillin/clavulanic acid, aztreonam, gentamicin in the P. aeruginosa isolates may have been mediated by efflux pumps and/or resistance genes present in mobile elements, also revealed in the resistome analysis. Our results allow us to conclude that metagenomic approach was essential in the determination of the taxonomic structure, the microbial resistome, and their behavior, before and after treatment of hospital wastewater; and that hospital wastewater discharge, even treated, can provide the spread of resistant bacteria and resistance genes into aquatic environments. Finally, these data could also contribute for Environmental Health Surveillance regarding the design of preventive actions to the negative impacts of these effluents on environment and on public health.
Keywords: Hospital Effluent
Pseudomonas Aeruginosa
Bacterial Diversity
Functional Metagenomic
Resistome
keywords: Efluente Hospitalar
Pseudomonas Aeruginosa
Diversidade Bacteriana
Metagenômica Funcional
Resistoma
DeCS: Resíduos de Serviços de Saúde
Esgotos
Pseudomonas Aeruginosa
Metagenomica
Vigilância Sanitária Ambiental
Issue Date: 2016
Citation: CARVALHO, Deborah de Oliveira Santoro. Caracterização do metagenoma e do resistoma microbiano de efluente hospitalar e de suas possíveis implicações na Vigilância Ambiental em Saúde. 2016. 122 f. Tese (Doutorado em Vigilância Sanitária) - Fundação Oswaldo Cruz, Instituto Nacional de Controle de Qualidade em Saúde, Rio de Janeiro, 2016.
Date of defense: 2016
Place of defense: Rio de Janeiro/RJ
Defense institution: Fundação Oswaldo Cruz. Instituto Nacional de Controle de Qualidade em Saúde
Program: Programa de Pós-Graduação em Vigilância Sanitária
Copyright: open access
Appears in Collections:INCQS - Teses de Doutorado

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