Prevalencia de Escherichia coli Multirresistente Aislada de Fuentes de Agua Potable

Resumen

El control de las enfermedades infecciosas está en grave peligro por el aumento del número de microorganismos resistentes a los agentes antimicrobianos. Esto se debe a que las infecciones causadas por microorganismos resistentes a menudo no responden al tratamiento convencional, lo que resulta en una enfermedad prolongada y un mayor riesgo de muerte. Las bacterias resistentes a los antimicrobianos también están presentes en varias fuentes de agua. Por lo tanto, este estudio buscó documentar la calidad microbiológica y los antibiogramas de aislados bacterianos (cepas de E. coli) de seis fuentes de agua diferentes para determinar su seguridad para el consumo humano y proporcionar datos antibióticos actualizados para el tratamiento pragmático de los pacientes. El aislamiento y la identificación de bacterias se realizaron utilizando API y métodos convencionales. La prueba de susceptibilidad a los antibióticos se realizó utilizando el método de Kirby–Bauer. Los resultados obtenidos indicaron que todas las fuentes de agua analizadas eran de mala calidad. Las bacterias aisladas incluyeron 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%), ácido pipemídico (65,97%) y cefuroxima (52,58%). El sesenta y tres por ciento (63%) de las cepas de E. coli multirresistentes registraron un valor de índice de resistencia a múltiples antibióticos (MAR) >0,2. Los antibióticos susceptibles, especialmente la nitrofurantoína, se recomiendan en el tratamiento práctico de enfermedades bacterianas transmitidas por el agua.

1. Introducción

Los antibióticos son posiblemente la forma más exitosa de quimioterapia desarrollada en el siglo XX y salvan innumerables vidas humanas todos los días . La aparición de bacterias resistentes a los antibióticos limita el uso clínico de los antibióticos y, a medida que las bacterias resistentes se vuelven más frecuentes, existe una creciente preocupación de que los antibióticos existentes se vuelvan ineficaces contra estos patógenos y más caros .

Se han identificado genes resistentes a los antibióticos que confieren resistencia a una amplia variedad de antibióticos en una amplia gama de entornos acuáticos, incluido el agua potable, tanto en países desarrollados como en desarrollo . El principal riesgo para la salud pública es que los genes de resistencia se transfieran de bacterias ambientales a patógenos humanos. El potencial del agua potable para transportar patógenos microbianos a un mayor número de personas, causando enfermedades posteriores, está bien documentado en países de todos los niveles de desarrollo económico . Además, la disponibilidad de agua potable es una característica indispensable para prevenir las enfermedades epidémicas y mejorar la calidad de vida . Según la Organización Mundial de la Salud, el 80% de todas las enfermedades se atribuyen al agua no apta para el consumo . Los países en desarrollo, en particular, están plagados de enfermedades relacionadas con el agua, como la diarrea, que representan el 10% de la carga de morbilidad en esos países .

Escherichia coli es un miembro de los coliformes fecales que contaminan el agua potable de los desechos fecales humanos y animales. E. coli ha sido el principal indicador de contaminación fecal en el monitoreo de la calidad del agua durante muchas décadas. Durante las lluvias, estos coliformes pueden ser arrastrados a arroyos, ríos, arroyos, lagos o aguas subterráneas. El agua potable no tratada procedente de estas fuentes contiene coliformes, incluida la E. coli.

E. también se ha demostrado que el coli es un importante reservorio de genes que codifican la resistencia a los medicamentos antimicrobianos y, por lo tanto, es un indicador útil de resistencia en comunidades bacterianas . Aunque hay varios estudios que evalúan la resistencia a múltiples fármacos (MDR) en poblaciones de E. coli de origen animal, no se ha trabajado mucho en la ecología de la MDR . La propagación de la MDR en ambientes donde no se usan antibióticos es una posibilidad que aún no se ha investigado bien, aunque se ha postulado que el agua podría diseminar la resistencia a los antimicrobianos . Los objetivos de este estudio son determinar el patrón de sensibilidad a los antibióticos y el índice de resistencia múltiple a los antibióticos de cepas de E. coli aisladas de seis fuentes de agua potable durante el monitoreo bacteriológico durante un año.

2. Materiales y Métodos

2.1. Sitios de recolección de muestras

Después de varias visitas preliminares a varias comunidades en los distritos, se seleccionaron 57 sitios de muestreo que comprenden seis fuentes de agua diferentes, que incluyen presas, pozos de sondeo, fuentes de arroyos, ríos, canales y pozos excavados a mano en 27 comunidades. Se tomaron muestras de lugares representativos de las fuentes de agua y/o redes de distribución desde las que se suministra agua a los habitantes y/o puntos de uso, basándose principalmente en factores como la población y el grado de uso o el nivel de aprovechamiento del agua de esas fuentes. La mayoría de las comunidades están dominadas por agricultores. Cada comunidad seleccionada tenía al menos un pozo de sondeo o un arroyo como principal fuente de agua para los habitantes.

2.2. Detalles de observación del sitio

Antes del muestreo de agua, se realizaron observaciones importantes alrededor de los sitios de muestreo. Estas observaciones incluyeron las condiciones sanitarias, así como las posibles fuentes de contaminación, que podrían influir en la calidad del agua de las fuentes muestreadas.

También se registraron registros de campo de los siguientes factores ambientales: claridad/turbidez del agua (claridad visual en el agua, es decir, hojas, escombros y algas), condiciones climáticas (temperatura, viento y lluvia), presencia de animales (aves/patos) y otros comentarios (por ejemplo, problemas del sistema, es decir, equipos de desinfección/filtración y accidentes fecales).

2.3. Tamaño de la muestra y Frecuencia de Muestreo

Se recolectaron un total de ciento veintidós muestras de agua para evaluación entre junio de 2011 y mayo de 2012. El período de recolección de muestras abarcó las dos estaciones en Ghana, es decir, las estaciones seca y lluviosa. Todos los procedimientos de muestreo y preservación del agua se realizaron de acuerdo con los Métodos Estándar para el examen del agua y las aguas residuales y las directrices de la OMS para la calidad del agua potable . El muestreo para el análisis bacteriológico se realizó de forma aséptica y cuidadosa, asegurando que no hubiera contaminación externa de las muestras. Todas las muestras se transportaron al laboratorio en un plazo de 2 horas.

2.4. Aislamiento e Identificación de bacterias

Todos los organismos Gram positivos se identificaron mediante métodos convencionales como tinción de Gram, catalasa positiva, coagulasa tubular, prueba de desoxirribonucleasas (DNasa), etc., mientras que se utilizó un kit API 20E para identificar el organismo Gram negativo. Se utilizó la cepa 25922 de E. coli como control positivo para los aislados de E. coli.

2.5. Pruebas de sensibilidad antibacteriana de E. coli

Cada uno de los aislados (E. coli) se sometió a pruebas de susceptibilidad a antibióticos utilizando el método de Kirby–Bauer que ha sido estandarizado y evaluado por los métodos del Comité Nacional de Estándares de Laboratorio Clínico . Los aislados cultivados durante la noche en Agar nutriente se suspendieron en solución salina normal estéril (NaCl al 0,9% p/v) utilizando un bucle de alambre estéril hasta que la turbidez fuera equivalente a los estándares de 0,5 Mcfarland. Se utilizaron hisopos de algodón estériles no tóxicos sumergidos en los inóculos estandarizados para rayar toda la superficie de las placas de agar Mueller–Hinton. La E. los aislados de coli se probaron con catorce antibióticos de la siguiente manera: ampicilina (10 µg), ácido pipemídico (20 ug), cloranfenicol (30 µg), ciprofloxacina (5 µg), cotrimoxazol (25 µg), eritromicina (15 µg), nitrofurantoína (300 µg), penicilina (10 UI), cefuroxima (30 µg), cefotaxima (30 µg), ácido nalidíxico (30 µg), amikacina (30 µg), tetraciclina (30 µg) y gentamicina (10 µg). Los discos antibióticos se colocaron asépticamente con fórceps estériles y todas las placas se incubaron (Gallenkamp England, modelo IH-150) a 37°C durante 24 horas . Los resultados se interpretaron utilizando NCCLS .

3. Resultados

Los resultados de la Tabla 1 muestran que se obtuvieron un total de quinientos veinte aislados bacterianos (520) durante el período de estudio. Un número significativo de los aislados (305) que representan el 58,65% del total se obtuvieron durante la estación seca, en comparación con (205) que representan el 41,35% en la estación lluviosa.

El organismo más común en las muestras de agua fue Klebsiella spp. (104), que representan el 20% del número total de cepas obtenidas. El mayor número de Klebsiella spp. (18) se aisló de las fuentes de agua de los arroyos durante la estación seca y la más baja (1) de los ríos durante la estación lluviosa. El siguiente organismo con mayor presencia fue E. coli (97), representando el 18,7% del total de aislados bacterianos. Le siguieron Pseudomonas aeruginosa (15,61%), Enterobacter spp. (15,4%), Proteus vulgaris (13,1%) y Enterococcus faecali (9,2%). El organismo menos aislado fue Vibrio cholerae (1,2%) y Shigella spp. (1.2%). Vibrio cholerae se aisló en cuatro fuentes de agua, a saber, arroyo, pozo, pozos excavados a mano y fuentes de agua de represas, mientras que Shigella spp. se aisló en 3 fuentes de agua: arroyo, pozo y presa.

Se recolectaron un total de ciento veintidós muestras de agua para el análisis bacteriológico. Los resultados de la Tabla 2 muestran que se aislaron noventa y siete cepas de E. coli durante el período del estudio. Cincuenta y ocho cepas, que representaban el 59,79%, fueron aisladas durante la estación seca, en comparación con treinta y nueve, que representaban el 40,21% en la estación lluviosa. El mayor número de cepas aisladas de una sola fuente de agua procedía de presas (28), que representaban el 29%. Le siguieron las fuentes de agua corriente (26), que representan el 27%, los pozos excavados a mano (24), que representan el 25%, y las fuentes de agua de pozo (11), que representan el 11%. Las fuentes de agua de río produjeron el menor número de cepas aisladas (2) que representan el 2% y, a continuación, las fuentes de agua de canal (6) que representan el 6%. Los aislamientos más altos durante la temporada de lluvias se obtuvieron de presas (12), seguidas de fuentes de agua de arroyos (10) y pozos excavados a mano (10). El mayor número de aislados durante la estación seca se obtuvo de presas (16), seguidas de fuentes de agua corriente (17). El menor número de aislados durante la temporada de lluvias se obtuvo de canales (3) seguidos de fuentes de agua de pozos (4). No se aisló ninguna cepa de E. coli de fuentes de agua de río. El menor número de aislados durante la estación seca se obtuvo de ríos (2) seguidos de fuentes de agua de canales (3).

Results from Table 3 reveal the antibiotic susceptibility profile of the E. coli strains. Todas las cepas se probaron con 14 antibióticos diferentes, utilizando la difusión de discos Kirby–Bauer, estandarizada y evaluada por los métodos del Comité Nacional de Estándares de Laboratorio Clínico . La tabla 3 muestra que las cepas de E. coli fueron las más resistentes a la penicilina (32), representando el 32,99%, seguidas de la cefuroxima (28), representando el 28%, la eritromicina (23), representando el 23,71%, la tetraciclina (21), representando el 21,45%, el cloranfenicol (18), representando el 18,65%, el ácido pipemídico (13), representando el 13,40%, y la ampicilina (11), representando el 11,32%. Siete de los catorce antibióticos tenían diez o menos aislados que mostraban resistencia. Cuatro aislados, que representaban el 4,12%, eran resistentes a cada uno de los siguientes antibióticos: cefotaxima, ácido nalidíxico y nitrofurantoína. A continuación, gentamicina (5), que representa el 5,15%, amikacina (7), que representa el 7,2%, ciprofloxacino (8), que representa el 8,5%, y finalmente cotrimoxazol (8), que representa el 8,5%. La Tabla 3 muestra que las cepas de E. coli fueron más susceptibles/sensibles a la nitrofurantoína (91), representando el 93,8%, seguidas de la cefotaxima y la amikacina (89), representando 91.75%, gentamicina (88) que representa el 90,7%, ácido nalidíxico (87) que representa el 89,65%, ciprofloxacino (72) que representa el 74,2%, cloranfenicol (67) que representa el 69,07%, ácido pipemídico (64) que representa el 65,97% y cefuroxima (CXM) (51) que representa el 52,58%. Cuatro de los catorce antibióticos tenían cincuenta o menos aislados que mostraban resistencia. Fueron penicilina (14), tetraciclina (29), ampicilina (45) y eritromicina (50).

Analysis of multiple drug resistance of E. los aislados de coli de las fuentes de agua revelan que cuarenta y ocho aislados, que representan un gran porcentaje (49,48%) de los aislados de E. coli, exhibieron resistencia a dos o más antibióticos, por lo que se clasificaron como resistentes a múltiples medicamentos. Esto crea un gran problema de salud pública.

4. Discusión

La presencia de E. coli en las diversas fuentes de agua puede representar riesgos para la salud, como las enfermedades diarreicas, que representan un grado considerable de morbilidad y mortalidad en adultos y niños . El control de la diarrea puede requerir la administración de antibióticos. Sin embargo, se sabe que varias cepas de E. coli son resistentes a una amplia gama de antibióticos . Las resistencias múltiples a antibióticos se refieren a la resistencia a dos o más clases de antibióticos. Las múltiples resistencias a antibióticos de E. coli establecidas en este estudio concuerdan con otros hallazgos . Cepas de E. coli y Salmonella spp. explicaron varios brotes en los Estados Unidos y en todo el mundo, en parte debido a la resistencia al cloranfenicol, la ampicilina y el trimetoprima .

La frecuencia de resistencia a la penicilina en el presente estudio fue alta entre los aislados en comparación con la resistencia al cloranfenicol y a la ampicilina observada en los aislados obtenidos de las diversas fuentes de agua. Esto puede deberse al uso generalizado de antibióticos de bajo costo en la comunidad ghanesa o a la producción de enzimas beta-lactamasas. La resistencia de E. coli a la ampicilina fue observada por Çelebi et. al. , Olowe et al. , y Yurdakoek et al. . La resistencia emergente al cotrimoxazol y a la ciprofloxacina de los sitios aguas abajo es motivo de grave preocupación, ya que son los medicamentos preferidos para muchas bacterias gramnegativas . El mecanismo más común de resistencia al cotrimoxazol es la adquisición de enzimas diaminopirimidina folato reductasa, variante mediada por plásmidos . La baja resistencia a la amikacina y la gentamicina podría deberse al menor uso de estos antibióticos en la práctica clínica y/o en la medicina veterinaria. La tendencia creciente de resistencia en todos los aislamientos (coliformes totales y fecales) de aguas arriba a aguas abajo confirma el hecho de que los antibióticos eliminados pueden haber sido arrastrados por las fuentes de agua y acumulados aguas abajo, especialmente durante la temporada de lluvias, lo que explica la alta resistencia.

Las diferencias en los perfiles de resistencia en este estudio ambiental reflejan claramente las diferencias en la presión del procedimiento de selección en los sitios/áreas investigados. The higher level of resistance to antibiotics among coliforms of midstream and downstream sites of Ghanaian communities is worrisome since most inhabitants take bath, wash clothes, and even disposed human sewage into water sources at midstream and downstream sites while some occupants and nonocupants use these water sources for drinking and/or domestic purposes. En Mangalore, se ha informado de que las aguas residuales domésticas no tratadas o parcialmente tratadas se liberan en estuarios abiertos, lo que explica el alto nivel de resistencia a los antibióticos .

La resistencia a múltiples fármacos se define como la resistencia a todos los antibióticos probados en al menos dos de las tres clases siguientes: lactámicos, aminoglucósidos y quinolonas . Los caracteres de resistencia a múltiples fármacos (MDR) de los aislados se identificaron observando el patrón de resistencia de los aislados a los antibióticos. El índice MAR de un aislado se define como a/b, donde a representa el número de antibióticos a los que el aislado fue resistente y b representa el número de antibióticos a los que el aislado fue sometido . El análisis del índice MAR revela que treinta de las cepas de E. coli multirresistentes tenían un valor de índice MAR muy alto (> 0,2). El alto índice de MAR registrado en este estudio relata el hecho de que las fuentes de agua pueden haber estado altamente contaminadas con antibióticos debido al alto uso de estos productos químicos en las áreas circundantes de las diversas fuentes de agua. Esto está de acuerdo con el Tambekar et al.el informe afirma que las bacterias procedentes de un entorno en el que se utilizan varios antibióticos suelen producir un índice de MAR superior a 0,2. Índice de MAR por debajo de 0.2 determinado en este estudio estaba realmente por debajo del valor ilógico de contaminación de riesgo . Sin embargo, las muestras que arrojaron índices de MAR por encima de 0,2 indicaron un alto riesgo de contaminación. La diferencia en la indexación de MAR en las diferentes fuentes de agua indicó el impacto de la urbanización en los niveles de resistencia a los antibióticos.

La calidad microbiológica de las diversas fuentes de agua analizadas fue baja, ya que se aislaron diversas cepas bacterianas con diferentes frecuencias. En mayor medida, se detectaron diferencias en las frecuencias de resistencia a los antibióticos en E. cepas de coli de diferentes fuentes de agua, de modo que algunas cepas de E. coli eran altamente resistentes a cefotaxima, ácido nalidíxico, nitrofurantoína, gentamicina, amikacina, ciprofloxacina y cotrimoxazol. Las diferencias en las cepas de antibióticos de las diversas fuentes de agua podrían reflejar el uso específico de antibióticos en torno a la fuente especificada. La alta prevalencia de resistencia a la penicilina y al cloranfenicol registrada plantea un grave problema de salud pública, ya que estos antibióticos tienen menos posibilidades de curar a los pacientes infectados que utilizan las fuentes de agua encuestadas como agua potable o para fines domésticos. De hecho, la creciente prevalencia de resistencia en los aislados, especialmente de origen humano, puede tener una importante implicación terapéutica que exige precaución en el uso indiscriminado de antibióticos en los seres humanos. Sin embargo, casi todas las 97 cepas de E. coli eran susceptibles a algunos antibióticos, a saber, nitrofurantoína (93.8%), seguido de cefotaxima y amikacina (91,75%), gentamicina (90,7%), ácido nalidíxico (89,65%), ciprofloxacino (74,2%), cloranfenicol (69,07%), ácido pipemídico (65,97%) y, por último, de cefuroxima (52,58%).

En el estudio se registraron valores de índice de MAR altos y bajos, que indican el nivel de riesgo de contaminación de las fuentes de agua muestreadas, lo que requiere políticas más restrictivas sobre la eliminación de alcantarillas humanas/animales y el baño/lavado en o cerca de cuerpos de agua. Por último, la vigilancia periódica de la sensibilidad a los antibióticos de las fuentes de agua es importante para detectar los cambios que puedan producirse en el futuro, a fin de seguir el ritmo de esos cambios y mejorar la formulación y aplicación de medidas o políticas curativas.

Disponibilidad de los datos

Los datos utilizados para apoyar los hallazgos de este estudio están disponibles a solicitud del autor correspondiente.

Conflictos de intereses

Los autores declaran no tener conflictos de intereses.

Agradecimientos

El sincero agradecimiento de los autores se dirige al personal del Departamento de Microbiología del Noguchi Memorial Institute for Medical Research, Universidad de Ghana, por su asistencia durante el análisis de laboratorio de nuestro trabajo. Los autores también quisieron reconocer los enormes recursos obtenidos de la tesis «Sensibilidad a la radiación y caracterización molecular de Escherichia coli resistente a múltiples fármacos transportados en agua» para este trabajo.