udbredelse af multidrugresistent Escherichia coli isoleret fra drikkevandskilder

abstrakt

bekæmpelsen af infektionssygdomme er stærkt truet af stigningen i antallet af mikroorganismer, der er resistente over for antimikrobielle midler. Dette skyldes, at infektioner forårsaget af resistente mikroorganismer ofte ikke reagerer på konventionel behandling, hvilket resulterer i langvarig sygdom og større risiko for død. Antimikrobielle resistente bakterier er også til stede i forskellige vandkilder. Denne undersøgelse forsøgte derfor at dokumentere den mikrobiologiske kvalitet og antibiogrammer af bakterieisolater (E. coli-stammer) fra seks forskellige vandkilder for at bestemme deres sikkerhed til konsum og give opdaterede antibiotikadata til pragmatisk behandling af patienter. Bakterieisolering og identifikation blev udført ved hjælp af API og konventionelle metoder. Antibiotisk følsomhedstest blev udført ved hjælp af Kirby–Bauer-metoden. De opnåede resultater viste, at alle de testede vandkilder var af dårlig kvalitet. Isolerede bakterier omfattede E. coli, Enterobacter spp., Klebsiella spp., Salmonella typhi, Streptococcus spp., Proteus vulgaris, Vibrio cholera, Shigella spp., Pseudomonas aeruginosa, and Enterococcus faecalis. The prevalence of multidrug-resistant E. coli was 49.48%. E. coli isolates showed high resistance patterns to the tested antibiotics. They were most resistant to penicillin (32.99%), cefuroxime (28.87%), erythromycin (23.71%), and tetracycline (21.45%). In contrast, they were susceptible to nitrofurantoin (93.8%), cefotaxime and amikacin (91.75%), gentamicin (90.7%), nalidixic acid (89.65%), ciprofloxacin (74.2%), chloramphenicol (69.07%), pipemidsyre (65,97%) og cefuroksimum (52,58%). Treogtres procent (63%) af de multidrugresistente E. coli-stammer registrerede en multipel antibiotikaresistens (MAR) indeksværdi >0,2. De modtagelige antibiotika, især nitrofurantoin, anbefales derfor til praktisk behandling af vandbårne bakteriesygdomme.

1. Introduktion

antibiotika er uden tvivl den mest succesrige form for kemoterapi udviklet i det 20 .århundrede og redder utallige menneskeliv hver dag. Fremkomsten af antibiotikaresistente bakterier begrænser den kliniske anvendelse af antibiotika, og da resistente bakterier bliver mere udbredte, er der stigende bekymring for, at eksisterende antibiotika bliver ineffektive mod disse patogener og dyrere .

antibiotikaresistente gener, der giver resistens over for en lang række antibiotika, er blevet identificeret i en lang række vandmiljøer, herunder drikkevand i både udviklede lande og udviklingslande . Den største risiko for folkesundheden er, at resistensgener overføres fra miljøbakterier til humane patogener. Drikkevandets potentiale til at transportere mikrobielle patogener til et større antal mennesker, der forårsager efterfølgende sygdom, er veldokumenteret i lande på alle niveauer af økonomisk udvikling . Desuden er tilgængeligheden af sikkert drikkevand et uundværligt træk til forebyggelse af epidemiske sygdomme og forbedring af livskvaliteten . Ifølge Verdenssundhedsorganisationen tilskrives 80% af alle sygdomme usikkert vand . Især udviklingslandene er plaget af vandrelaterede sygdomme som diarre, som tegner sig for 10% af sygdomsbyrden i sådanne lande .

Escherichia coli er medlem af feacale coliformer, der forurener drikkevand fra menneskeligt og animalsk feacal affald. E. coli har været den førende indikator for fækal forurening i overvågning af vandkvalitet i mange årtier. Under regnfald kan disse coliformer vaskes i åer, floder, vandløb, søer eller grundvand. Ubehandlet drikkevand fra disse kilder indeholder coliformer, herunder E. coli.

E. coli har også vist sig at være et signifikant reservoir af gener, der koder for antimikrobiel lægemiddelresistens og er derfor en nyttig indikator for resistens i bakteriesamfund . Selvom der er flere undersøgelser, der vurderer multidrugresistens (MDR) i E. coli-populationer af animalsk oprindelse, er der ikke gjort meget arbejde med MDR ‘ s økologi . Spredningen af MDR i miljøer, hvor antibiotika ikke anvendes, er en mulighed, der endnu ikke er undersøgt godt, selvom det er blevet postuleret, at vand kan formidle antimikrobiel resistens . Formålet med denne undersøgelse er at bestemme antibiotikasensitivitetsmønsteret og det multiple antibiotikaresistensindeks for E. coli-stammer isoleret fra seks drikkevandskilder under bakteriologisk overvågning over et år.

2. Materialer og metoder

2.1. Prøveindsamlingssteder

efter flere indledende besøg i forskellige samfund i distrikterne, 57 prøveudtagningssteder bestående af seks forskellige vandkilder, der inkluderer dæmninger, borehuller, strømkilder, floder, kanaler, og håndgravede brønde i 27 samfund blev valgt. Der blev udtaget prøver fra steder, der var repræsentative for de vandkilder og/eller distributionsnetværk, hvorfra vand leveres til indbyggerne og/eller anvendelsessteder, primært baseret på faktorer som befolkning og anvendelsesomfang eller beskyttelsesniveau for vand fra disse kilder. De fleste af samfundene domineres af landmænd. Hvert udvalgt samfund havde mindst et borehul eller en strøm som de vigtigste vandkilder for indbyggerne.

2, 2. Detaljer om stedobservation

før vandprøvetagning blev der foretaget vigtige observationer omkring prøvetagningsstederne. Disse observationer omfattede sanitære forhold såvel som mulige forureningskilder, som kunne påvirke vandkvaliteten fra de udtagne kilder.

Feltregistreringer for følgende miljøfaktorer blev også registreret: vandklarhed/uklarhed (visuel klarhed i vandet, dvs.blade, snavs og alger), vejrforhold (temperatur, vind og nedbør), tilstedeværelse af dyr (Fugle/Ænder) og andre kommentarer (f. eks. systemproblemer, dvs. desinfektions – / filtreringsudstyr og fækalulykker).

2, 3. Prøvestørrelse og prøveudtagningsfrekvens

i alt hundrede toogtyve vandprøver blev indsamlet til vurdering mellem juni 2011 og maj 2012. Prøveindsamlingsperioden strakte sig over de to sæsoner i Ghana, det er, de tørre og regnfulde årstider. Alle vandprøveudtagnings-og konserveringsprocedurer blev udført i henhold til standardmetoder til undersøgelse af vand og spildevand og hvem retningslinjer for drikkevandskvalitet . Prøveudtagning til bakteriologisk analyse blev udført aseptisk med omhu, hvilket sikrede ingen ekstern kontaminering af prøver. Alle prøver blev transporteret til laboratoriet inden for 2 timer.

2, 4. Bakterieisolering og identifikation

alle Gram-positive organismer blev identificeret ved konventionelle metoder såsom Gram-plet, positiv katalase, rørkoagulase, Deoksyribonukleaser (DNAse) test og så videre, mens et API 20e-kit blev brugt til at identificere den Gram-negative organisme. E. coli-stamme 25922 blev anvendt som den positive kontrol for E. coli-isolaterne.

2, 5. Antibakteriel følsomhedstest af E. coli

hver af isolaterne (E. coli) blev underkastet antibiotisk følsomhedstest ved hjælp af Kirby–Bauer-metoden, der er blevet standardiseret og evalueret ved metoderne fra National Committee for Clinical Laboratory Standards . Isolater dyrket natten over på Næringsagar blev suspenderet i sterilt normalt saltvand (0,9% vægt/v NaCl) ved hjælp af en steril trådsløjfe, indtil turbiditeten svarede til 0,5 Mcfarland-standarder. Sterile ikke-toksiske vatpinde dyppet i den standardiserede inokula blev brugt til at stribe hele overfladen af Mueller–Hinton agarplader. E. coli-isolater blev testet mod fjorten antibiotika som følger: ampicillin (10 µg), pipemidic acid (20 ug), chloramphenicol (30 µg), ciprofloxacin (5 µg), co-trimoxazole (25 µg), erythromycin (15 mg), nitrofurantoin (300 µg), penicillin (10 IU), cefuroxim (30 µg), cefotaxime (30 µg), nalidixinsyre (30 µg), amikacin (30 µg), tetracyklin (30 µg), og gentamicin (10 µg). Antibiotiske diske blev aseptisk anbragt ved hjælp af sterile tang, og alle plader blev inkuberet (Gallenkamp England, model ih-150) ved 37 liter C i 24 timer . Resultaterne blev fortolket ved hjælp af NCCL ‘ er .

3. Resultater

resultater fra tabel 1 viser, at i alt fem hundrede tyve bakterieisolater (520) blev opnået i undersøgelsesperioden. Et betydeligt antal af isolaterne (305) svarende til 58,65% af det samlede antal blev opnået i tørsæsonen mod (205) svarende til 41,35% i regntiden.

den hyppigst forekommende organisme i vandprøverne var Klebsiella spp. (104) svarende til 20% af det samlede antal opnåede isolater. Det højeste antal Klebsiella spp. (18) blev isoleret fra vandløb i tørsæsonen og den laveste (1) fra floder i regntiden. Den næste mest forekommende organisme var E. coli (97), der repræsenterer 18,7% af de samlede bakterieisolater. Dette blev efterfulgt af Pseudomonas aeruginosa (15,61%), Enterobacter spp. (15, 4%), Proteus vulgaris (13, 1%) og Enterococcus faecali (9, 2%). Den mindst isolerede organisme var Vibrio cholerae (1,2%) og Shigella spp. (1.2%). Vibrio cholerae blev isoleret i fire vandkilder, nemlig strøm, borehul, håndgravede brønde og dæmningsvandskilder, mens Shigella spp. blev isoleret i 3: strøm, borehul, og dæmning vandkilder.

i alt hundrede toogtyve vandprøver blev opsamlet til den bakteriologiske analyse. Resultater fra tabel 2 viser, at syvoghalvfems E. coli-stammer blev isoleret i undersøgelsesperioden. Otteoghalvtreds stammer, der repræsenterede 59,79%, blev isoleret i den tørre sæson mod niogtredive, der repræsenterede 40,21% i regntiden. Det højeste antal stammer isoleret fra en enkelt vandkilde var fra dæmninger (28), der repræsenterer 29%. Dette blev efterfulgt af strømvandskilder (26), der repræsenterer 27%, håndgravede brønde (24), der repræsenterer 25%, og borehulsvandkilder (11), der repræsenterer 11%. Flodvandskilder producerede det mindste antal isolerede stammer (2), der repræsenterer 2% og derefter kanalvandskilder (6), der repræsenterer 6%. De højeste isolater i regntiden blev opnået fra dæmninger (12) efterfulgt af strømvandskilder (10) og håndgravede brønde (10). Det højeste antal isolater i tørsæsonen blev opnået fra dæmninger (16) efterfulgt af strømvandskilder (17). Det mindste antal isolater i regntiden blev opnået fra kanaler (3) efterfulgt af borehulsvandkilder (4). Ingen E. coli-stamme blev isoleret fra flodvandskilder. Det mindste antal isolater i tørsæsonen blev opnået fra floder (2) efterfulgt af kanalvandskilder (3).

Results from Table 3 reveal the antibiotic susceptibility profile of the E. coli strains. Alle stammer blev testet mod 14 forskellige antibiotika ved hjælp af Kirby–Bauer diskdiffusion, standardiseret og evalueret ved metoderne fra National Committee for the Clinical Laboratory Standards . Tabel 3 viser, at E. coli-stammer var mest resistente over for penicillin (32), svarende til 32,99%, efterfulgt af cefuroksimum (28), der repræsenterede 28%, erythromycin (23), der repræsenterede 23,71%, tetracyclin (21), der repræsenterede 21,45%, chloramphenicol (18), der repræsenterede 18,65%, pipemidsyre (13), der repræsenterede 13,40%, og ampicillin (11), der repræsenterede 11,32%. Syv ud af de fjorten antibiotika havde ti eller mindre antal isolater, der viste resistens. Fire isolater, der repræsenterede 4,12%, var resistente over for hvert af følgende antibiotika: cefotaksi, nalidiksinsyre og nitrofurantoin. Dette blev efterfulgt af gentamicin (5), der repræsenterede 5,15%, amikacin (7), der repræsenterede 7,2%, ciprofloksacin (8), der repræsenterede 8,5%, og endelig Co-trimoksol (8), der repræsenterede 8,5%. Tabel 3 viser, at E. coli-stammer var mest modtagelige/følsomme over for nitrofurantoin (91), hvilket repræsenterede 93,8%, og dette blev efterfulgt af cefotaksim og amikacin (89), der repræsenterede 91.75%, gentamicin (88), der repræsenterer 90,7%, 87%, der repræsenterer 89,65%, 72%, der repræsenterer 74,2%, chloramphenicol (67), der repræsenterer 69,07%, pipemidsyre (64), der repræsenterer 65,97%, og 51%, der repræsenterer 52,58%. Fire ud af de fjorten antibiotika havde halvtreds eller mindre antal isolater, der viste resistens. De var penicillin (14), tetracyclin (29), ampicillin (45) og erythromycin (50).

Analysis of multiple drug resistance of E. coli-isolater fra Vandkilderne afslører, at otteogfyrre isolater, der repræsenterer en stor procentdel af (49,48%) E. coli-isolater udviste resistens over for to eller flere antibiotika, således klassificeret som multidrugresistens. Dette skaber en enorm bekymring for folkesundheden.

4. Diskussion

tilstedeværelsen af E. coli i de forskellige vandkilder kan stave sundhedsfarer såsom diarreale sygdomme, der tegner sig for en betydelig grad af sygelighed og dødelighed hos voksne og børn . Kontrol af diarre kan kræve administration af antibiotika. Ikke desto mindre er flere stammer af E. coli kendt for at være resistente over for en bred vifte af antibiotika . Flere antibiotikaresistenser henviser til resistens over for enten to eller flere klasser af antibiotika. De flere antibiotikaresistenser af E. coli, der er etableret i denne undersøgelse, er enige med andre fund . Stammer af E. coli og Salmonella spp. tegnede sig for flere udbrud i USA og på verdensplan, dels på grund af resistens over for chloramphenicol, ampicillin og trimethoprim .

hyppigheden af penicillinresistens i den aktuelle undersøgelse var høj blandt isolaterne sammenlignet med chloramphenicol og ampicillinresistens observeret i isolaterne opnået fra de forskellige vandkilder. Dette kan skyldes tæppebrug af billige antibiotika i det ghanesiske samfund eller kan skyldes produktion af beta-lactamase. E. coli-resistens over for ampicillin blev observeret af Larelebi et. al. , Olav et al. , og Yurdakoek et al. . Den nye resistens fra nedstrøms steder er af alvorlig bekymring, da disse er de foretrukne lægemidler til mange Gram-negative bakterier . Den mest almindelige mekanisme for resistens over for co-trimoksol er erhvervelsen af plasmidmedieret, variantdiaminopyrimidinfolatreduktase . Lav resistens over for amikacin og gentamycin kan skyldes mindre brug af disse antibiotika i klinisk praksis og/eller veterinærmedicin. Den stigende tendens til resistens i alle isolater (samlede og fækale colibakterier) fra opstrøms til nedstrøms bekræfter det faktum, at bortskaffede antibiotika kan have været skyllet ned Vandkilderne og akkumuleret nedstrøms, især i regntiden, der tegner sig for den høje resistens.

forskellene i resistensprofiler i denne miljøundersøgelse afspejler tydeligt forskellene i udvælgelsesprocedurens tryk på de undersøgte steder / områder. Det højere niveau af resistens over for antibiotika blandt coliformer i midtstrøms-og nedstrøms steder i ghanesiske samfund er bekymrende, da de fleste indbyggere tager bad, vasker tøj og endda bortskaffes menneskeligt spildevand i vandkilder på midtstrøms-og nedstrøms steder, mens nogle beboere og ikke-besættere bruger disse vandkilder til drikke og/eller husholdningsbrug. I Mangalore rapporteres det, at ubehandlet eller delvist behandlet husholdningsspildevand frigives i åbne flodmundinger, der tegner sig for det høje niveau af antibiotikaresistens .Multidrugresistens defineres som resistens over for alle de testede antibiotika i mindst to af følgende tre klasser: lactamer, aminoglycosider og kinoloner . Isolaternes multidrugresistens (MDR) tegn blev identificeret ved at observere isolaternes resistensmønster over for antibiotika. MAR-indekset for et isolat er defineret som A / b, hvor A repræsenterer antallet af antibiotika, som isolatet var resistent over for, og b repræsenterer antallet af antibiotika, som isolatet blev udsat for . MAR-indeksanalysen afslører, at tredive af de multidrugresistente E. coli-stammer havde en meget høj MAR-indeksværdi (>0.2). Det høje MAR-indeks, der er registreret i denne undersøgelse, vedrører det faktum, at Vandkilderne kan have været stærkt forurenet med antibiotika på grund af den høje anvendelse af disse kemikalier i de omkringliggende områder af de forskellige vandkilder. Dette er i overensstemmelse med Tambekar et al.i rapporten hedder det, at bakterier, der stammer fra et miljø, hvor flere antibiotika anvendes, normalt producerer MAR-indeks større end 0,2. Mar indeksering under 0.2 bestemt i denne undersøgelse var faktisk under den ulogiske værdi af risikoforurening . Imidlertid viste prøver, der gav Mar-indeksering over 0,2, høj risiko for kontaminering. Forskellen i Mar-indeksering i de forskellige vandkilder indikerede virkningen af urbanisering på antibiotikaresistensniveauer.

mikrobiologisk kvalitet af de forskellige analyserede vandkilder var lav, da forskellige bakteriestammer blev isoleret med forskellige frekvenser. I større grad blev forskelle i antibiotikaresistensfrekvenser påvist i E. E. coli stammer fra forskellige vandkilder, således at nogle E. coli stammer var stærkt resistente over for cefotaksi, nitrofurantoin, gentamicin, amikacin, ciprofloksacin og co-trimoksol. Forskellene i antibiotikastammer fra de forskellige vandkilder kunne afspejle den specifikke anvendelse af antibiotika omkring den specificerede kilde. Den høje forekomst af penicillin-og chloramphenicolresistens registreret udgør en alvorlig bekymring for folkesundheden, da disse antibiotika har mindre chance for at helbrede inficerede patienter, der bruger de undersøgte vandkilder som drikkevand eller til husholdningsbrug. Faktisk kan den stigende forekomst af resistens i isolaterne, især af den menneskelige Oprindelse, have en vigtig terapeutisk implikation, der kræver forsigtighed i den vilkårlige anvendelse af antibiotika på mennesker. Imidlertid var næsten alle de 97 stammer af E. coli modtagelige for nogle antibiotika, nemlig nitrofurantoin (93.8%), efterfulgt af amikacin (91,75%), gentamicin (90,7%), 89,65%, 74,2%, chloramphenicol (69,07%), pipemidsyre (65,97%) og endelig 52,58%.

der blev registreret høje og lave Mar-indeksværdier i undersøgelsen, der angiver risikoen for kontaminering af de udtagne vandkilder, som kræver mere restriktive politikker for bortskaffelse af spildevand fra mennesker/dyr og badning / vask i eller tæt på vandområder. Endelig er periodisk overvågning af vandkildernes antibiotiske følsomhed vigtig for at opdage eventuelle ændrede mønstre, der måtte opstå i fremtiden for at holde trit med sådanne skiftende mønstre for bedre helbredende foranstaltninger eller politikformulering og implementering.

datatilgængelighed

de data, der bruges til at understøtte resultaterne af denne undersøgelse, er tilgængelige fra den tilsvarende forfatter efter anmodning.

interessekonflikter

forfatterne erklærer, at de ikke har nogen interessekonflikter.

anerkendelser

forfatterens oprigtige påskønnelse går til personalet ved Institut for mikrobiologi ved Noguchi Memorial Institute for Medical Research, University of Ghana, for deres hjælp under laboratorieanalysen af vores arbejde. Forfatterne ønskede også at anerkende de enorme ressourcer, der blev opnået fra afhandlingen “Strålingsfølsomhed og molekylær karakterisering af vandbåren multidrugresistent Escherichia coli” mod dette arbejde.