prevalentie van Multidrugresistente Escherichia coli geïsoleerd uit drinkwaterbronnen

Abstract

de bestrijding van infectieziekten wordt ernstig bedreigd door de toename van het aantal micro-organismen dat resistent is tegen antimicrobiële stoffen. Dit komt omdat infecties veroorzaakt door resistente micro-organismen vaak niet reageren op conventionele behandeling, wat resulteert in langdurige ziekte en een groter risico op overlijden. Antimicrobieel-resistente bacteriën zijn ook aanwezig in verschillende waterbronnen. In deze studie werd daarom getracht de microbiologische kwaliteit en antibiogrammen van bacteriële isolaten (E. coli stammen) uit zes verschillende waterbronnen te documenteren om hun veiligheid voor menselijke consumptie te bepalen en bijgewerkte antibiotische gegevens voor pragmatische behandeling van patiënten te verstrekken. Bacteriën isolatie en identificatie werd gedaan met behulp van API en conventionele methoden. Antibiotische gevoeligheidstesten werden uitgevoerd met behulp van de Kirby–Bauer methode. Uit de verkregen resultaten bleek dat alle geteste waterbronnen van slechte kwaliteit waren. Geïsoleerde bacteriën omvatten 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%), pipemidinezuur (65,97%) en cefuroxim (52,58%). Drieënzestig procent (63%) van de multidrug-resistente E. coli stammen registreerden een indexwaarde voor meervoudige antibioticaresistentie (Mar) >0,2. De vatbare antibiotica, vooral nitrofurantoïne, worden daarom aanbevolen in de praktische behandeling van watergedragen bacteriële ziekten.

1. Inleiding

antibiotica zijn misschien wel de meest succesvolle vorm van chemotherapie die in de 20e eeuw is ontwikkeld en redden dagelijks talloze mensenlevens . De opkomst van antibioticaresistente bacteriën beperkt het klinische gebruik van antibiotica en, naarmate resistente bacteriën vaker voorkomen, is er toenemende bezorgdheid dat bestaande antibiotica ineffectief zullen worden tegen deze ziekteverwekkers en duurder .

antibioticaresistente genen die resistent zijn tegen een grote verscheidenheid aan antibiotica zijn geïdentificeerd in een groot aantal wateromgevingen, waaronder drinkwater in zowel ontwikkelde als ontwikkelingslanden . Het belangrijkste risico voor de volksgezondheid is dat resistentiegenen worden overgedragen van omgevingsbacteriën op menselijke pathogenen. Het potentieel van drinkwater om microbiële ziekteverwekkers naar een groter aantal mensen te transporteren, waardoor vervolgens ziekte ontstaat, is goed gedocumenteerd in landen op alle niveaus van economische ontwikkeling . Bovendien is de beschikbaarheid van veilig drinkwater een onmisbare voorwaarde om epidemische ziekten te voorkomen en de levenskwaliteit te verbeteren . Volgens de Wereldgezondheidsorganisatie wordt 80% van alle ziekten toegeschreven aan onveilig water . Vooral ontwikkelingslanden worden geteisterd door watergerelateerde ziekten zoals diarree, die 10% van de ziektelast in die landen uitmaken .

Escherichia coli is een lid van fecal coliformen die drinkwater uit fecal afval van mens en dier verontreinigen. E. coli is al decennialang de belangrijkste indicator van fecale verontreiniging in de monitoring van de waterkwaliteit. Tijdens regenval, kunnen deze coliformen worden gewassen in kreken, rivieren, beken, meren, of grondwater. Onbehandeld drinkwater uit deze bronnen bevat colibacteriën waaronder E. coli.

E. coli is ook getoond om een significant reservoir van genen te zijn die voor antimicrobial drugweerstand coderen en daarom is een nuttige indicator voor weerstand in bacteriële gemeenschappen . Hoewel er verschillende studies zijn die multidrugresistentie (MDR) in E. coli populaties van dierlijke oorsprong beoordelen, is er niet veel werk gedaan aan de ecologie van MDR . De verspreiding van MDR in omgevingen waar geen antibiotica worden gebruikt is een mogelijkheid die nog niet goed is onderzocht, hoewel er is gepostuleerd dat water antimicrobiële resistentie zou kunnen verspreiden . Het doel van deze studie is het bepalen van het antibioticagevoeligheidspatroon en de multiple antibioticaresistentie index van E. coli stammen geïsoleerd uit zes drinkwaterbronnen tijdens bacteriologische monitoring gedurende een jaar.

2. Materialen en methoden

2.1. Na verscheidene voorbereidende bezoeken aan verschillende gemeenschappen in de districten werden 57 bemonsteringsplaatsen geselecteerd die zes verschillende waterbronnen omvatten, waaronder Dammen, boringen, stroombronnen, rivieren, kanalen en met de hand gegraven putten in 27 gemeenschappen. Monsters werden genomen op locaties die representatief waren voor de waterbronnen en/of distributienetten waaruit water wordt geleverd aan de bewoners en/of gebruikspunten, voornamelijk gebaseerd op factoren zoals bevolking en omvang van het gebruik of het niveau van mecenaat van water uit deze bronnen. De meeste gemeenschappen worden gedomineerd door boeren. Elke geselecteerde gemeenschap had ten minste een boorgat of een beek als de belangrijkste bronnen van water voor de inwoners.

2.2. Locatie-Observatiedetails

vóór de waterbemonstering werden belangrijke waarnemingen gedaan rond de bemonsteringsplaatsen. Deze waarnemingen omvatten de hygiënische omstandigheden en mogelijke verontreinigingsbronnen, die van invloed kunnen zijn op de waterkwaliteit uit de bemonsterde bronnen.

Veldrecords voor de volgende omgevingsfactoren werden ook geregistreerd: waterhelderheid / troebelheid (visuele helderheid in het water, d.w.z. bladeren, puin en algen), weersomstandigheden (temperatuur, wind en regenval), aanwezigheid van dieren (Vogels/Eenden) en andere opmerkingen (bv. systeemproblemen, d.w.z. desinfectie – /filterapparatuur en fecale ongevallen).

2.3. Monstergrootte en bemonsteringsfrequentie

tussen juni 2011 en mei 2012 zijn in totaal 120 tweeëntwintig watermonsters voor beoordeling verzameld. De sample collection periode overspande de twee seizoenen in Ghana, dat wil zeggen, de droge en regenachtige seizoenen. Alle waterbemonsterings-en conserveringsprocedures werden uitgevoerd volgens standaardmethoden voor het onderzoek van water en afvalwater en WHO-richtlijnen voor drinkwaterkwaliteit . De bemonstering voor bacteriologische analyse werd aseptisch met zorg gedaan, die geen externe verontreiniging van steekproeven verzekert. Alle monsters werden binnen 2 uur naar het laboratorium getransporteerd.

2.4. Isolatie en identificatie van bacteriën

alle Gram-positieve organismen werden geïdentificeerd met conventionele methoden zoals Gramkleur, positieve catalase, buiscoagulase, deoxyribonucleases (DNAse) test, enzovoort, terwijl een API 20E kit werd gebruikt om het Gram-negatieve organisme te identificeren. E. coli stam 25922 werd gebruikt als positieve controle voor de E. coli isolaten.

2.5. Antibacteriële gevoeligheidstesten van E. coli

elk van de isolaten (E. coli) werd onderworpen aan antibiotische gevoeligheidstesten met behulp van de Kirby–Bauer methode die is gestandaardiseerd en geëvalueerd door de methoden van de National Committee for Clinical Laboratory Standards . Isolaten die ‘ s nachts op Voedingsagar werden gekweekt, werden gesuspendeerd in een steriele normale zoutoplossing (0,9% w/v NaCl) met behulp van een steriele draadlus totdat de troebelheid gelijk was aan 0,5 Mcfarland-normen. Steriele niet-toxische wattenstaafjes in de gestandaardiseerde inocula werden gebruikt om het hele oppervlak van Mueller–Hinton agar platen te streaken. De E. coli-isolaten werden vervolgens getest tegen veertien antibiotica: ampicilline (10 µg), pipemidic acid (20 ug), chlooramfenicol (30 µg), ciprofloxacine (5 µg), co-trimoxazol (25 µg), erythromycine (15 µg), nitrofurantoïne (300 µg), penicilline (10 IE), cefuroxim (30 µg), cefotaxime (30 µg), nalidixinezuur (30 µg), amikacine (30 µg), tetracycline (30 µg), en gentamicine (10 µg). Antibiotica schijven werden aseptisch geplaatst met behulp van een steriele tang, en alle platen werden geïncubeerd (Gallenkamp Engeland, model IH-150) bij 37°C gedurende 24 uur . De resultaten werden geïnterpreteerd met behulp van NCCLS .

3. Resultaten

resultaten uit Tabel 1 laten zien dat in totaal vijfhonderdtwintig bacteriële isolaten (520) werden verkregen tijdens de studieperiode. Een aanzienlijk aantal isolaten (305), dat 58,65% van het totaal vertegenwoordigt, werd verkregen tijdens het droge seizoen, tegen (205), dat 41,35% in het regenseizoen vertegenwoordigt.

het meest voorkomende organisme in de watermonsters was Klebsiella spp. (104), die 20% van het totale aantal verkregen isolaten vertegenwoordigt. Het hoogste aantal Klebsiella spp. (18) werd tijdens het droge seizoen geïsoleerd van stroomwaterbronnen en het laagste (1) van rivieren tijdens het regenseizoen. Het volgende meest voorkomende organisme was E. coli (97), die 18,7% van de totale bacteriële isolaten vertegenwoordigt. Dit werd gevolgd door Pseudomonas aeruginosa (15,61%), Enterobacter spp. (15,4%), Proteus vulgaris (13,1%) en Enterococcus faecali (9,2%). Het minst geïsoleerde organisme was Vibrio cholerae (1,2%) en Shigella spp. (1.2%). Vibrio cholerae werd geïsoleerd in vier waterbronnen, namelijk, stroom, boorgat, met de hand gegraven putten, en dam waterbronnen, terwijl Shigella spp. werd geïsoleerd in 3: stroom, boorgat, en dam waterbronnen.

in totaal werden honderd tweeëntwintig watermonsters verzameld voor de bacteriologische analyse. Uit de resultaten van Tabel 2 blijkt dat zevenennegentig E. coli stammen tijdens de periode van het onderzoek werden geïsoleerd. Achtenvijftig stammen, die 59,79% vertegenwoordigen, werden geïsoleerd tijdens het droge seizoen, tegen negenendertig stammen, die 40,21% vertegenwoordigen in het regenseizoen. Het grootste aantal stammen dat uit één enkele waterbron werd geïsoleerd, was afkomstig van dammen (28), die 29% vertegenwoordigden. Dit werd gevolgd door stroomwaterbronnen (26) die 27% vertegenwoordigen, met de hand gegraven putten (24) die 25% vertegenwoordigen, en waterbronnen voor boorgaten (11) die 11% vertegenwoordigen. Rivierwaterbronnen produceerden het minste aantal geïsoleerde stammen (2) met 2% en vervolgens kanaalwaterbronnen (6) met 6%. De hoogste isolaten tijdens het regenseizoen werden verkregen uit Dammen (12), gevolgd door stroomwaterbronnen (10) en met de hand gegraven putten (10). Het hoogste aantal isolaten tijdens het droge seizoen werd verkregen uit Dammen (16), gevolgd door stroomwaterbronnen (17). Het minste aantal isolaten in het regenseizoen werd verkregen uit kanalen (3), gevolgd door waterbronnen uit boorgaten (4). Er werd geen E. coli-stam geïsoleerd uit rivierwaterbronnen. Het minste aantal isolaten tijdens het droge seizoen werd verkregen uit rivieren (2) gevolgd door kanalen (3).

Results from Table 3 reveal the antibiotic susceptibility profile of the E. coli strains. Alle stammen werden getest tegen 14 verschillende antibiotica, met behulp van Kirby-Bauer disc diffusion, gestandaardiseerd en geëvalueerd door de methoden van de National Committee for the Clinical Laboratory Standards . Tabel 3 laat zien dat de E. coli stammen waren resistent tegen penicilline (32), die 32.99%, gevolgd door cefuroxim (28) het vertegenwoordigen van 28%, erythromycine (23), die 23.71%, tetracycline (21), die 21.45%, chloramphenicol (18) met 18.65%, pipemidic zuur (13) die 13.40%, en ampicilline (11) die 11.32%. Zeven van de veertien antibiotica hadden tien of minder isolaten die resistent waren. Vier isolaten, die 4,12% vertegenwoordigen, waren resistent tegen elk van de volgende antibiotica: cefotaxime, nalidixinezuur en nitrofurantoïne. Dit werd gevolgd door gentamicine (5) voor 5,15%, amikacine (7) voor 7,2%, ciprofloxacine (8) voor 8,5% en ten slotte co-trimoxazol (8) voor 8,5%. Tabel 3 laat zien dat E. coli stammen het meest gevoelig/gevoelig waren voor nitrofurantoïne (91), wat overeenkomt met 93,8%, en dit werd gevolgd door cefotaxime en amikacine (89), wat overeenkomt met 91.75%, gentamicine (88) vertegenwoordigt 90,7%, nalidixinezuur (87) vertegenwoordigt 89,65%, ciprofloxacine (72) vertegenwoordigt 74,2%, chlooramfenicol (67) vertegenwoordigt 69,07%, pipemidinezuur (64) vertegenwoordigt 65,97%, en cefuroxim (CXM) (51) vertegenwoordigt 52,58%. Vier van de veertien antibiotica hadden vijftig of minder isolaten die resistent waren. Het waren penicilline (14), tetracycline (29), ampicilline (45) en erytromycine (50).

Analysis of multiple drug resistance of E. coli-isolaten uit de waterbronnen tonen aan dat achtenveertig isolaten die een groot percentage van (49,48%) E. coli-isolaten vertegenwoordigen resistentie vertoonden tegen twee of meer antibiotica, dus geclassificeerd als multidrugresistentie. Dit leidt tot een groot probleem voor de volksgezondheid.

4. Discussie

de aanwezigheid van E. coli in de verschillende waterbronnen kan gezondheidsrisico ‘ s met zich meebrengen, zoals diarree, die verantwoordelijk zijn voor een aanzienlijke mate van morbiditeit en mortaliteit bij volwassenen en kinderen . Om diarree onder controle te houden kan toediening van antibiotica nodig zijn. Niettemin, zijn verscheidene stammen van E. coli gekend om tegen een brede waaier van antibiotica resistent te zijn . De veelvoudige antibiotische weerstand verwijst naar weerstand tegen twee of meer klassen van antibiotica. De veelvoudige antibioticaresistentie van E. coli die in deze studie wordt vastgesteld stemt met andere bevindingen overeen . Stammen van E. coli en Salmonella spp. verantwoordelijk voor verschillende uitbraken in de Verenigde Staten en wereldwijd, deels als gevolg van resistentie tegen chlooramfenicol, ampicilline en trimethoprim .

De frequentie van penicilline resistentie in de huidige studie was hoog bij de isolaten in vergelijking met chlooramfenicol en ampicilline resistentie waargenomen in de isolaten verkregen uit de verschillende waterbronnen. Dit kan te wijten zijn aan het algemene gebruik van goedkope antibiotica in de Ghanese gemeenschap of kan te wijten zijn aan de productie van bèta-lactamase enzymen. E. coli resistentie tegen ampicilline werd waargenomen door Çelebi et. al. , Olowe et al. , en Yurdahoek et al. . De opkomende co-trimoxazol-en ciprofloxacine-resistentie van downstream-locaties is een ernstige bron van zorg, aangezien dit de voorkeursmedicijnen zijn voor veel gramnegatieve bacteriën . Het meest voorkomende resistentiemechanisme tegen co-trimoxazol is de verwerving van plasmide-gemedieerde, variant diaminopyrimidine folaatreductase enzymen . Lage resistentie tegen amikacine en gentamycine kan het gevolg zijn van minder gebruik van deze antibiotica in de klinische praktijk en/of diergeneeskunde. De stijgende trend van resistentie in alle isolaten (totaal colibacteriën en faecale colibacteriën) van stroomopwaarts tot stroomafwaarts bevestigt het feit dat de afgedankte antibiotica mogelijk langs de waterbronnen zijn weggespoeld en stroomafwaarts zijn opgehoopt, vooral tijdens het regenseizoen, hetgeen de hoge resistentie verklaart.

de verschillen in weerstandsprofielen in deze milieustudie weerspiegelen duidelijk de verschillen in de druk van de selectieprocedure op de onderzochte locaties/gebieden. Het hogere niveau van resistentie tegen antibiotica onder colibacteriën in de midstream-en downstreamlocaties van Ghanese gemeenschappen is zorgwekkend omdat de meeste inwoners een bad nemen, kleren wassen en zelfs menselijk afvalwater in de waterbronnen in de midstream-en downstreamlocaties lozen, terwijl sommige bewoners en niet-bewoners deze waterbronnen gebruiken voor drink-en/of huishoudelijke doeleinden. In Mangalore wordt gemeld dat onbehandeld of gedeeltelijk behandeld huishoudelijk afvalwater wordt geloosd in open estuaria, wat verantwoordelijk is voor het hoge niveau van antibioticaresistentie .

Multidrugresistentie wordt gedefinieerd als resistentie tegen alle geteste antibiotica in ten minste twee van de volgende drie klassen: lactamen, aminoglycosiden en chinolonen . De multidrug resistentiekarakteristieken van de isolaten werden geïdentificeerd door het resistentiepatroon van de isolaten tegen de antibiotica te observeren. De MAR-index van een isolaat wordt gedefinieerd als a / b, waarbij a het aantal antibiotica vertegenwoordigt waartegen het isolaat resistent was en b het aantal antibiotica vertegenwoordigt waaraan het isolaat werd onderworpen . Uit de Mar-indexanalyse blijkt dat dertig van de multidrugresistente E. coli-stammen een zeer hoge MAR-indexwaarde hadden (>0,2). De hoge MAR-index die in deze studie wordt geregistreerd, heeft betrekking op het feit dat de waterbronnen mogelijk sterk zijn verontreinigd met antibiotica als gevolg van het hoge gebruik van deze chemicaliën in de omliggende gebieden van de verschillende waterbronnen. Dit is in overeenstemming met de Tambekar et al.in het verslag wordt gesteld dat bacteriën die afkomstig zijn uit een omgeving waar meerdere antibiotica worden gebruikt, meestal een MAR-index van meer dan 0,2 produceren. MAR indexering onder 0.2 vastgesteld in deze studie was eigenlijk onder de onlogische waarde van risico contaminatie . Monsters met een MAR-index van meer dan 0,2 wezen echter op een hoog besmettingsrisico. Het verschil in MAR indexering in de verschillende waterbronnen wees op de impact van urbanisatie op antibioticaresistentie niveaus.

microbiologische kwaliteit van de verschillende geanalyseerde waterbronnen was laag omdat verschillende bacteriestammen met verschillende frequenties werden geïsoleerd. In grotere mate werden verschillen in antibioticaresistentiefrequenties gedetecteerd bij E. coli stammen uit verschillende waterbronnen, zodat sommige E. coli stammen zeer resistent waren tegen cefotaxime, nalidixinezuur, nitrofurantoïne, gentamicine, amikacine, ciprofloxacine en co-trimoxazol. De verschillen in antibioticastammen van de verschillende waterbronnen zouden het specifieke gebruik van antibiotica rond de gespecificeerde bron kunnen weerspiegelen. De geconstateerde hoge prevalentie van resistentie tegen penicilline en chlooramfenicol vormt een ernstig probleem voor de volksgezondheid, aangezien deze antibiotica minder kans maken om geïnfecteerde patiënten te genezen die de onderzochte waterbronnen als drinkwater of voor huishoudelijk gebruik gebruiken. De toenemende prevalentie van resistentie in de isolaten, met name van menselijke oorsprong, kan een belangrijke therapeutische implicatie hebben die voorzichtigheid vraagt bij het willekeurige gebruik van antibiotica bij mensen. Echter, bijna alle 97 stammen van E. coli waren gevoelig voor sommige antibiotica, namelijk nitrofurantoïne (93.8%), gevolgd door cefotaxime en amikacine (91,75%), gentamicine (90,7%), nalidixinezuur (89,65%), ciprofloxacine (74,2%), chlooramfenicol (69,07%), pipemidiczuur (65,97%) en ten slotte door cefuroxim (52,58%).

hoge en lage MAR-indexwaarden werden geregistreerd in de studie, die het niveau van het besmettingsrisico van de bemonsterde waterbronnen aangeeft, wat een restrictiever beleid vereist voor de verwijdering van riolering van mens/dier en het baden/wassen in of dicht bij waterlichamen. Ten slotte is periodieke monitoring van de antibioticagevoeligheid van de waterbronnen van belang om eventuele veranderende patronen op te sporen die zich in de toekomst kunnen voordoen om gelijke tred te houden met dergelijke veranderende patronen voor een betere curatieve maatregelen of het formuleren en uitvoeren van beleid.

beschikbaarheid van gegevens

de gegevens die zijn gebruikt ter ondersteuning van de bevindingen van deze studie zijn op verzoek verkrijgbaar bij de overeenkomstige auteur.

belangenconflicten

De auteurs verklaren dat zij geen belangenconflicten hebben.

Dankbetuigingen

oprechte waardering van de auteurs gaat naar het personeel van de afdeling Microbiologie van het Noguchi Memorial Institute for Medical Research, Universiteit van Ghana, voor hun hulp bij de laboratoriumanalyse van ons werk. De auteurs wilden ook de enorme middelen erkennen die zijn verkregen uit het proefschrift “Stralingsgevoeligheid en moleculaire karakterisering van watergedragen multidrugresistente Escherichia coli” voor dit werk.