Abstrakti
tartuntatautien torjunta vaarantuu pahoin mikrobilääkkeille resistenttien mikro-organismien määrän lisääntymisen vuoksi. Tämä johtuu siitä, että resistenttien mikro-organismien aiheuttamat infektiot eivät useinkaan vastaa tavanomaiseen hoitoon, mikä johtaa pitkittyneeseen sairauteen ja suurempaan kuolemanriskiin. Mikrobilääkeresistenttejä bakteereja on myös erilaisissa vesilähteissä. Tämän vuoksi tutkimuksessa pyrittiin dokumentoimaan kuudesta eri vesilähteestä peräisin olevien bakteeri-isolaattien (E. coli-kantojen) mikrobiologinen laatu ja antibioogrammit, jotta voitaisiin määrittää niiden turvallisuus ihmisravinnoksi ja saada ajantasaiset antibioottitiedot potilaiden käytännön hoitoa varten. Bakteerien eristäminen ja tunnistaminen tehtiin API-ja tavanomaisilla menetelmillä. Antibioottiherkkyyden testaus tehtiin Kirby-Bauer-menetelmällä. Saadut tulokset osoittivat, että kaikki testatut vesilähteet olivat huonolaatuisia. Eristettyjä bakteereita olivat muun muassa 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%), pipemidihappoa (65, 97%) ja kefuroksiimia (52, 58%). Kuusikymmentäkolme prosenttia (63%) monilääkeresistenteistä E. coli-kannoista kirjasi moninkertaisen antibioottiresistenssin (MAR) indeksiarvon >0, 2. Herkät antibiootit, erityisesti nitrofurantoiini, ovat siksi suositeltavia vesiperäisten bakteeritautien käytännön hoidossa.
1. Johdanto
antibiootit ovat kiistatta menestyksekkäin 1900-luvulla kehitetty kemoterapiamuoto, joka pelastaa lukemattomia ihmishenkiä joka päivä . Antibiooteille vastustuskykyisten bakteerien ilmaantuminen rajoittaa antibioottien kliinistä käyttöä, ja resistenttien bakteerien yleistyessä on yhä suurempi huoli siitä, että nykyiset antibiootit tulevat tehottomiksi näitä taudinaiheuttajia vastaan ja kallistuvat .
antibiooteille vastustuskykyisiä geenejä, jotka antavat vastustuskyvyn monenlaisille antibiooteille, on havaittu monenlaisissa vesiympäristöissä, kuten juomavedessä sekä kehittyneissä että kehitysmaissa . Suurin riski kansanterveydelle on, että resistenssigeenit siirtyvät ympäristön bakteereista ihmisen taudinaiheuttajiin. Juomaveden mahdollisuudet kuljettaa mikrobipatogeenejä suuremmalle joukolle ihmisiä ja aiheuttaa myöhempiä sairauksia ovat hyvin dokumentoituja kaikissa maissa talouden kehityksen kaikilla tasoilla . Lisäksi puhtaan juomaveden saatavuus on välttämätön edellytys epidemioiden ehkäisemiselle ja elämänlaadun parantamiselle . Maailman terveysjärjestön mukaan 80 prosenttia kaikista sairauksista johtuu vaarallisesta vedestä . Erityisesti kehitysmaita vaivaavat veteen liittyvät sairaudet, kuten ripuli, jotka aiheuttavat 10 prosenttia kyseisten maiden tautitaakasta .
Escherichia coli kuuluu feakaalisiin koliformeihin, jotka saastuttavat juomavettä ihmisten ja eläinten feakaalijätteistä. Kolibakteeri on ollut tärkein ulosteperäisen kontaminaation indikaattori vedenlaadun seurannassa vuosikymmenten ajan. Sateiden aikana nämä kolibakteerit saattavat huuhtoutua puroihin, jokiin, puroihin, järviin tai pohjaveteen. Näistä lähteistä peräisin oleva käsittelemätön juomavesi sisältää kolibakteereita, mukaan lukien E. coli-bakteeria.
E. coli-bakteerin on myös osoitettu olevan merkittävä mikrobilääkeresistenssiä koodaavien geenien varasto, ja siksi se on hyödyllinen resistenssin indikaattori bakteeriyhteisöissä . Vaikka on olemassa useita tutkimuksia, joissa arvioidaan monilääkeresistenssiä (MDR) eläinperäisissä E. coli-populaatioissa, MDR: n ekologian suhteen ei ole tehty paljoa työtä . MDR: n leviäminen ympäristöihin, joissa antibiootteja ei käytetä, on mahdollisuus, jota ei ole vielä tutkittu kunnolla, vaikka on oletettu, että vesi voisi levittää mikrobilääkeresistenssiä . Tämän tutkimuksen tavoitteena on määrittää antibioottiherkkyysmalli ja useista antibioottiresistensseistä muodostuva indeksi E. coli-kannoille, jotka on eristetty kuudesta juomavesilähteestä bakteriologisen seurannan aikana yli vuoden ajan.
2. Materiaalit ja menetelmät
2.1. Näytteenottopaikat
useiden alustavien käyntien jälkeen kaupunginosien eri yhteisöihin valittiin 57 näytteenottopaikkaa, joihin kuului kuusi eri vesilähdettä, kuten patoja, porakaivoja, purolähteitä, jokia, kanavia ja käsin kaivettuja kaivoja 27 paikkakunnalta. Näytteet otettiin paikoista, jotka edustivat niitä vesilähteitä ja/tai jakeluverkkoja, joista vettä toimitetaan asukkaille ja/tai käyttöpaikoille, pääasiassa väestömäärän ja näistä lähteistä peräisin olevan veden käytön laajuuden tai suojeluasteen perusteella. Suurin osa yhteisöistä on maanviljelijöiden hallitsemia. Jokaisella valitulla yhdyskunnalla oli vähintään Porakaivo tai puro asukkaiden pääasiallisina vesilähteinä.
2, 2. Paikkahavaintoja koskevat tiedot
ennen vesinäytteenottoa tehtiin tärkeitä havaintoja näytteenottopaikkojen ympäristössä. Näihin havaintoihin sisältyivät hygieniaolosuhteet sekä mahdolliset saastumislähteet, jotka voivat vaikuttaa vedenlaatuun tutkittavista lähteistä.
kirjattiin myös kenttätiedot seuraavista ympäristötekijöistä: veden selkeys/sameus (veden visuaalinen selkeys eli lehdet, roskat ja levät), sääolosuhteet (lämpötila, tuuli ja sademäärä), eläinten esiintyminen (Linnut/Ankat) ja muut huomautukset (esim.järjestelmäongelmat eli desinfiointi – / suodatuslaitteet ja ulosteonnettomuudet).
2, 3. Näytteen koko ja näytteenottotiheys
arvioitavaksi kerättiin kesäkuun 2011 ja toukokuun 2012 välisenä aikana yhteensä satakaksikymmentäkaksi vesinäytettä. Näytteenottokausi ulottui Ghanassa kahden vuodenajan eli kuivan ja sadekauden yli. Kaikki vesinäytteet ja säilöntämenetelmät tehtiin vesi-ja jätevesitutkimuksen standardimenetelmien ja WHO: n juomaveden laatua koskevien ohjeiden mukaisesti . Bakteriologista määritystä varten otetut näytteet on otettu aseptisesti huolellisesti varmistaen, ettei näytteissä ole ulkoista kontaminaatiota. Kaikki näytteet kuljetettiin laboratorioon 2 tunnin kuluessa.
2, 4. Bakteerien eristäminen ja tunnistaminen
kaikki grampositiiviset organismit tunnistettiin tavanomaisilla menetelmillä, kuten Gram stain, positiivinen katalaasi, putkikoagulaasi, deoksiribonukleaasit (DNAse) testi, ja niin edelleen, kun taas API 20e kit käytettiin tunnistamaan Gram-negatiivinen organismi. E. coli-isolaattien positiivisena kontrollina käytettiin kantaa 25922.
2, 5. E. coli
kunkin isolaatin antibakteerinen Herkkyystestaus (E. coli) antibioottiherkkyystestissä käytettiin Kirby–Bauer-menetelmää, joka on standardoitu ja arvioitu National Committee for Clinical Laboratory Standards-järjestön menetelmillä . Ravinneagarilla yön yli kasvatetut isolaatit suspendoitiin steriiliin normaaliin suolaliuokseen (0,9% w / v NaCl) steriiliä johdinsilmukkaa käyttäen, kunnes sameus vastasi 0,5 McFarlandin standardeja. Standardoituun inokulaan kastettuja steriilejä myrkyttömiä vanupuikkoja käytettiin koko Mueller–Hinton agar-levyjen pinnan viiraamiseen. E. coli-isolaatteja testattiin tämän jälkeen neljällätoista antibiootilla seuraavasti: ampisilliini (10 µg), pipemidiinihappo (20 ug), kloramfenikoli (30 µg), siprofloksasiini (5 µg), kom-trimoksatsoli (25 µg), erytromysiini (15 µg), nitrofurantoiini (300 µg), penisilliini (10 IU), kefuroksiimi (30 µg), kefotaksiimi (30 µg), nalidiksihappo (30 µg), amikasiini (30 µg), tetrasykliini (30 µg) ja gentamisiini (10 µg). Antibioottilevyt asetettiin aseptisesti steriilien pihtejen avulla, ja kaikki levyt inkuboitiin (Gallenkamp England, malli IH-150) 37°C: ssa 24 tunnin ajan . Tulokset tulkittiin nccl: n avulla .
3. Tulokset
taulukon 1 tulokset osoittavat, että tutkimusjakson aikana saatiin yhteensä viisisataakaksikymmentä bakteeri-isolaattia (520). Merkittävä määrä isolaatteja (305), jotka edustavat 58,65% kokonaismäärästä, saatiin kuivan kauden aikana, kun taas (205), joka on 41,35% sadekaudella.
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
vesinäytteissä yleisimmin esiintyvä eliö oli Klebsiella spp. (104), joka vastaa 20: tä prosenttia saatujen isolaattien kokonaismäärästä. Suurin määrä Klebsiella spp. (18) eristettiin purovesilähteistä kuivan kauden aikana ja alin (1) joista sadekauden aikana. Seuraavaksi eniten esiintyi E. coli (97), joka edusti 18,7% kaikista bakteerien isolaateista. Tätä seurasi Pseudomonas aeruginosa (15, 61%), Enterobacter spp. (15, 4%), Proteus vulgaris (13, 1%) ja Enterococcus faecali (9, 2%). Vähiten eristetty organismi oli Vibrio cholerae (1,2%) ja Shigella spp. (1.2%). Vibrio cholerae eristettiin neljään vesilähteeseen, nimittäin puroon, porakaivoon, käsin kaivettuihin kaivoihin ja patovesilähteisiin, kun taas Shigella spp. eristettiin 3: stream, porakaivosta, ja pato vesilähteet.
bakteriologista analyysiä varten otettiin yhteensä satakaksikymmentäkaksi vesinäytettä. Taulukon 2 tulokset osoittavat, että tutkimusjakson aikana eristettiin yhdeksänkymmentäseitsemän E. coli-kantaa. Viisikymmentäkahdeksan kantaa, jotka edustavat 59,79% eristettiin kuivan kauden aikana, kun taas kolmekymmentäyhdeksän edustavat 40,21% sadekaudella. Eniten yhdestä vesilähteestä eristettyjä kantoja oli padoista (28), joiden osuus oli 29 prosenttia. Tätä seurasivat purovesilähteet (26) 27%, käsin kaivetut kaivot (24) 25% ja porakaivovesilähteet (11) 11%. Vähiten eristettyjä kantoja syntyi jokivesilähteistä (2), joiden osuus oli 2%, ja sitten kanavavesilähteistä (6), joiden osuus oli 6%. Sadekauden suurimmat eristeet saatiin padoista (12), joita seurasivat purovesilähteet (10) ja käsin kaivetut kaivot (10). Kuivana kautena eniten isolaatteja saatiin padoista (16), joita seurasivat purovesilähteet (17). Vähiten isolaatteja sadekaudella saatiin kanavista (3), joita seurasivat porakaivovesilähteet (4). Jokivesilähteistä ei eristetty E. coli-kantaa. Vähiten isolaatteja saatiin kuivana kautena joista (2), joita seurasivat kanavan vesilähteet (3).
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Results from Table 3 reveal the antibiotic susceptibility profile of the E. coli strains. Kaikki kannat testattiin 14: ää eri antibioottia vastaan käyttäen Kirby-Bauer-levydiffuusiota, joka standardoitiin ja arvioitiin National Committee for the Clinical Laboratory Standardsin menetelmillä . Taulukosta 3 käy ilmi, että E. coli-kannat olivat vastustuskykyisimpiä penisilliinille (32) 32, 99%, jota seurasi kefuroksiimi (28) 28%, erytromysiini (23) 23, 71%, tetrasykliini (21) 21, 45%, kloramfenikoli (18) 18, 65%, pipemidiinihappo (13) 13, 40% ja ampisilliini (11) 11, 32%. Seitsemässä neljästätoista antibiootista oli kymmenen tai vähemmän resistenssiä osoittavia isolaatteja. Neljä isolaattia, joista 4, 12% oli resistenttejä kullekin seuraavalle antibiootille: kefotaksiimille, nalidiksihapolle ja nitrofurantoiinille. Tämän jälkeen gentamisiinia (5) oli 5, 15%, amikasiinia (7) 7, 2%, siprofloksasiinia (8) 8, 5% ja lopuksi co-trimoksatsolia (8) 8, 5%. Taulukosta 3 käy ilmi, että E. coli-kannat olivat herkimpiä/herkimpiä nitrofurantoiinille (91) 93, 8% ja tämän jälkeen kefotaksiimia ja amikasiinia (89) 91%.75%, gentamisiini (88) 90, 7%, nalidiksihappo (87) 89, 65%, siprofloksasiini (72) 74, 2%, kloramfenikoli (67) 69, 07%, pipemidiinihappo (64) 65, 97% ja kefuroksiimi (CXM) (51) 52, 58%. Neljästätoista antibiootista neljällä oli 50 tai vähemmän resistenssiä osoittavia isolaatteja. Ne olivat penisilliini (14), tetrasykliini (29), ampisilliini (45) ja erytromysiini (50).
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Analysis of multiple drug resistance of E. coli-isolaatit vesilähteistä osoittavat, että neljäkymmentäkahdeksan isolaattia, jotka edustavat suurta osaa (49, 48%) E. coli-isolaateista, osoitti resistenssiä kahta tai useampaa antibioottia vastaan, joten ne luokitellaan monilääkeresistenssiksi. Tämä aiheuttaa valtavan kansanterveydellisen ongelman.
4. Keskustelu
E. coli-bakteerin esiintyminen eri vesilähteissä saattaa merkitä terveyshaittoja, kuten ripulitauteja, jotka aiheuttavat huomattavaa sairastuvuutta ja kuolleisuutta aikuisilla ja lapsilla . Ripulin hoito saattaa vaatia antibioottien antamista. Useiden E. coli-kantojen tiedetään kuitenkin olevan vastustuskykyisiä monenlaisille antibiooteille . Useilla antibioottiresistensseillä tarkoitetaan resistenssiä joko kahdelle tai useammalle antibioottiryhmälle. Tässä tutkimuksessa vahvistetut E. coli-bakteerin moninkertaiset antibioottiresistenssit sopivat yhteen muiden löydösten kanssa . E. coli-ja Salmonella spp. – kannat aiheutti useita taudinpurkauksia Yhdysvalloissa ja maailmanlaajuisesti, mikä johtui osittain kloramfenikolin, ampisilliinin ja trimetopriimin resistenssistä .
penisilliiniresistenssin frekvenssi oli tässä tutkimuksessa suuri isolaattien keskuudessa verrattuna kloramfenikoli-ja ampisilliiniresistenssiin, jota havaittiin eri vesilähteistä saaduissa isolaateissa. Tämä voi johtua edullisten antibioottien yleistymisestä Ghanalaisyhteisössä tai beetalaktamaasientsyymien tuotannosta. Çelebi et havaitsi E. coli-resistenssin ampisilliinille. al. , Olowe et al. , ja Yurdakoek et al. . Kehittymässä oleva trimoksatsoli-ja siprofloksasiiniresistenssi tuotantoketjun loppupäässä on vakava huolenaihe, sillä nämä ovat monien gramnegatiivisten bakteerien suosimia lääkkeitä . Yleisin kom – trimoksatsoliresistenssin mekanismi on plasmidivälitteisten, diaminopyrimidiinifolaattireduktaasientsyymien muodostuminen . Vähäinen vastustuskyky amikasiinille ja gentamysiinille saattaa johtua näiden antibioottien vähäisemmästä käytöstä kliinisessä käytössä ja/tai eläinlääketieteessä. Resistenssin yleistyminen kaikissa isolaateissa (kokonaiskolibakteerit ja fekaaliset kolibakteerit) yläjuoksulta alajuoksulle vahvistaa sen, että hävitetyt antibiootit ovat saattaneet huuhtoutua vesilähteisiin ja kerääntyä alajuoksulle erityisesti sadekaudella, mikä on syynä suureen resistenssiin.
tämän ympäristötutkimuksen resistenssiprofiilien erot kuvastavat selvästi eroja valintamenettelyn paineessa tutkituilla alueilla. Ghanalaisyhteisöjen keskivirran ja alajuoksun kolibakteerien suurempi antibioottiresistenssi on huolestuttavaa, sillä useimmat asukkaat kylpevät, pesevät vaatteensa ja jopa hävittävät ihmisen jäteveden veden lähteisiin keskivirran ja alajuoksun kohteissa, kun taas jotkut asukkaat ja muut käyttävät näitä vesilähteitä juoma-ja/tai kotitaloustarkoituksiin. Mangaloressa kerrotaan, että käsittelemätöntä tai osittain käsiteltyä kotitalouksien jätevettä pääsee avoimiin jokisuistoihin, mikä selittää suuren antibioottiresistenssin .
Monilääkeresistenssi määritellään resistenssiksi kaikille testatuille antibiooteille vähintään kahdessa seuraavista kolmesta luokasta: laktaamit, aminoglykosidit ja kinolonit . Isolaattien monilääkeresistenssi (MDR) tunnistettiin tarkkailemalla isolaattien vastustuskykyä antibiooteille. Isolaatin Mar-indeksi määritellään arvoksi a / b, jossa a kuvaa niiden antibioottien määrää, joille isolaatti oli resistentti ja b niiden antibioottien määrää, joille isolaatti altistettiin . MAR-indeksianalyysi paljastaa, että kolmellakymmenellä monilääkeresistentillä E. coli-kannalla oli erittäin korkea MAR-indeksiarvo (>0, 2). Tässä tutkimuksessa kirjattu korkea MAR-indeksi liittyy siihen, että vesilähteet ovat saattaneet olla erittäin saastuneita antibiooteilla, koska näitä kemikaaleja on käytetty runsaasti eri vesilähteiden lähialueilla. Tämä on sopusoinnussa Tambekar et al.raportissa todetaan, että bakteereista, jotka ovat peräisin ympäristöstä, jossa käytetään useita antibiootteja, MAR-indeksi on yleensä suurempi kuin 0,2. MAR indeksointi alle 0.2 Tässä tutkimuksessa määritetty arvo oli itse asiassa alle riskikontaminaation epäloogisen arvon . Näytteet, joiden MAR-indeksi oli yli 0,2, osoittivat kuitenkin suuren kontaminaatioriskin. MAR-indeksin ero eri vesilähteissä osoitti kaupungistumisen vaikutusta antibioottiresistenssitasoihin.
analysoitujen eri vesilähteiden mikrobiologinen laatu oli heikko, koska erilaisia bakteerikantoja eristettiin eri taajuuksilla. E-ryhmässä havaittiin enemmän eroja antibioottiresistenssin esiintyvyydessä. eri vesilähteistä peräisin olevat coli-kannat siten, että jotkin E. coli-kannat olivat erittäin resistenttejä kefotaksiimille, nalidiksihapolle, nitrofurantoiinille, gentamisiinille, amikasiinille, siprofloksasiinille ja rinnakkaistrimoksatsolille. Eri vesilähteiden antibioottikantojen erot voivat heijastaa antibioottien erityistä käyttöä määrätyn lähteen ympärillä. Penisilliinin ja kloramfenikolin resistenssin suuri esiintyvyys aiheuttaa vakavan kansanterveysongelman, koska näillä antibiooteilla on vähemmän mahdollisuuksia parantaa tartunnan saaneita potilaita, jotka käyttävät tutkittuja vesilähteitä juomavetenä tai kotitaloustarkoituksiin. Resistenssin yleistymisellä etenkin ihmisperäisissä isolaateissa voi olla merkittävä terapeuttinen vaikutus, joka edellyttää varovaisuutta antibioottien umpimähkäisessä käytössä ihmisiin. Kuitenkin lähes kaikki 97 E. coli-kantaa olivat herkkiä joillekin antibiooteille eli nitrofurantoiinille (93.8%), sitten kefotaksiimi ja amikasiini (91, 75%), gentamisiini (90, 7%), nalidiksihappo (89, 65%), siprofloksasiini (74, 2%), kloramfenikoli (69, 07%), pipemidiinihappo (65, 97%) ja lopuksi kefuroksiimi (52, 58%).
tutkimuksessa kirjattiin korkeat ja matalat MAR-indeksiarvot, jotka osoittavat tutkittavien vesilähteiden saastumisriskin tason, mikä edellyttää tiukempaa politiikkaa ihmisten ja eläinten viemäreiden hävittämisessä ja uimisessa/peseytymisessä vesistöissä tai niiden läheisyydessä. Lisäksi vesilähteiden antibioottiherkkyyden säännöllinen seuranta on tärkeää, jotta voidaan havaita mahdolliset muutokset tulevaisuudessa, jotta pysytään näiden muutosten tahdissa parantavien toimenpiteiden tai politiikkojen laatimiseksi ja toteuttamiseksi.
tietojen saatavuus
tämän tutkimuksen tulosten tueksi käytetyt tiedot ovat pyynnöstä saatavissa vastaavalta tekijältä.
eturistiriidat
kirjoittajat ilmoittavat, ettei heillä ole eturistiriitoja.
kiitokset
kirjoittajien vilpitön kiitos kuuluu Ghanan yliopiston Noguchi Memorial Institute for Medical Researchin mikrobiologian laitoksen henkilökunnalle heidän avustaan työmme laboratoriotutkimuksissa. Kirjoittajat halusivat myös antaa tunnustusta sille, miten valtavasti voimavaroja on saatu väitöskirjasta ”Radiation sensitiveness and molecular characterization of water-borne multidrug resistant Escherichia coli”tähän työhön.