- Streszczenie
- 1. Wprowadzenie
- 2. Materiały i metody
- 2.1. Miejsca pobierania próbek
- 2.2. Szczegóły obserwacji terenu
- 2.3. Wielkość próby i częstotliwość pobierania próbek
- 2.4. Izolacja i identyfikacja bakterii
- 2.5. Antybakteryjne badanie wrażliwości E. coli
- 3. Wyniki
- 4. Dyskusja
- dostępność danych
- konflikty interesów
- podziękowania
Streszczenie
zwalczanie chorób zakaźnych jest poważnie zagrożone przez wzrost liczby mikroorganizmów opornych na środki przeciwdrobnoustrojowe. Dzieje się tak dlatego, że infekcje wywołane przez oporne mikroorganizmy często nie reagują na konwencjonalne leczenie, co powoduje długotrwałą chorobę i większe ryzyko śmierci. Bakterie oporne na środki przeciwdrobnoustrojowe są również obecne w różnych źródłach wody. Celem tego badania było udokumentowanie jakości mikrobiologicznej i antybiogramów izolatów bakteryjnych (szczepy E. coli) z sześciu różnych źródeł wody w celu określenia ich bezpieczeństwa do spożycia przez ludzi i dostarczenia aktualnych danych dotyczących antybiotyków do pragmatycznego leczenia pacjentów. Izolację i identyfikację bakterii przeprowadzono stosując metody API i konwencjonalne. Badania wrażliwości na antybiotyki przeprowadzono metodą Kirby ’ ego–Bauera. Uzyskane wyniki wskazują, że wszystkie badane źródła wody były złej jakości. Wyizolowane bakterie to m.in. 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%), kwas pipemidowy (65,97%) i cefuroksym (52,58%). 63% (63%) wielolekoopornych szczepów E. coli odnotowało wartość indeksu wielokrotnej oporności na antybiotyki (MAR) >0,2. Wrażliwe antybiotyki, zwłaszcza nitrofurantoina, są zatem zalecane w praktycznym leczeniu chorób bakteryjnych przenoszonych przez wodę.
1. Wprowadzenie
antybiotyki są prawdopodobnie najbardziej skuteczną formą chemioterapii opracowaną w XX wieku i ratują niezliczone ludzkie życie każdego dnia . Pojawienie się bakterii opornych na antybiotyki ogranicza kliniczne stosowanie antybiotyków, a ponieważ oporne bakterie stają się bardziej powszechne, wzrasta obawa, że istniejące antybiotyki staną się nieskuteczne wobec tych patogenów i droższe .
geny oporne na antybiotyki nadające oporność na szeroką gamę antybiotyków zostały zidentyfikowane w wielu środowiskach wodnych, w tym w wodzie pitnej, zarówno w krajach rozwiniętych, jak i rozwijających się . Głównym zagrożeniem dla zdrowia publicznego jest to, że geny oporności są przenoszone z bakterii środowiskowych na ludzkie patogeny. Potencjał wody pitnej do transportu drobnoustrojów chorobotwórczych do większej liczby ludzi, powodujących późniejsze choroby, jest dobrze udokumentowany w krajach na wszystkich poziomach rozwoju gospodarczego . Ponadto dostępność bezpiecznej wody pitnej jest niezbędnym elementem zapobiegania epidemicznym chorobom i poprawy jakości życia . Według Światowej Organizacji Zdrowia 80% wszystkich chorób przypisuje się niebezpiecznej wodzie . W szczególności kraje rozwijające się są nękane chorobami związanymi z wodą, takimi jak biegunka, które stanowią 10% obciążenia chorobami w tych krajach .
Escherichia coli jest członkiem feacal coli, które zanieczyszczają wodę pitną z ludzkich i zwierzęcych odpadów feacal. E. coli od wielu dziesięcioleci jest głównym wskaźnikiem zanieczyszczenia kałem w monitorowaniu jakości wody. Podczas opadów, te bakterie coli mogą być myte w potokach, rzekach, strumieniach, jeziorach lub wodach gruntowych. Nieprzetworzona woda pitna pochodząca z tych źródeł zawiera bakterie coli, w tym E. coli.
E. wykazano również, że coli jest znaczącym rezerwuarem genów kodujących oporność na leki przeciwdrobnoustrojowe i dlatego jest użytecznym wskaźnikiem oporności w społecznościach bakteryjnych . Chociaż istnieje kilka badań oceniających oporność na wiele leków (MDR) w populacjach E. coli pochodzenia zwierzęcego, niewiele zostało wykonanych prac nad ekologią MDR . Rozprzestrzenianie się MDR w środowiskach, w których nie stosuje się antybiotyków, jest możliwością, która nie została jeszcze dobrze zbadana, chociaż postulowano, że woda może rozprzestrzeniać oporność na środki przeciwdrobnoustrojowe . Celem niniejszego badania jest określenie wzorca wrażliwości na antybiotyki oraz wskaźnika oporności na antybiotyki szczepów E. coli wyizolowanych z sześciu źródeł wody pitnej podczas monitorowania bakteriologicznego w ciągu roku.
2. Materiały i metody
2.1. Miejsca pobierania próbek
po kilku wstępnych wizytach w różnych społecznościach w dzielnicach wybrano 57 miejsc pobierania próbek obejmujących sześć różnych źródeł wody, w tym zapory, otwory wiertnicze, źródła strumieni, rzeki, kanały i ręcznie wykopane studnie w 27 społecznościach. Próbki Pobrano z miejsc reprezentatywnych dla źródeł wody i/lub sieci dystrybucyjnych, z których woda jest dostarczana mieszkańcom i / lub punktom użytkowania w oparciu przede wszystkim o takie czynniki, jak populacja i stopień wykorzystania lub poziom patronatu wody z tych źródeł. Większość społeczności jest zdominowana przez rolników. Każda z wybranych gmin miała przynajmniej odwiert lub strumień jako główne źródła wody dla mieszkańców.
2.2. Szczegóły obserwacji terenu
przed pobraniem próbek wody dokonano ważnych obserwacji wokół miejsc pobierania próbek. Obserwacje te obejmowały warunki sanitarne, jak również możliwe źródła zanieczyszczenia, które mogłyby mieć wpływ na jakość wody ze źródeł, z których pobrano próbki.
zarejestrowano również rekordy terenowe dotyczące następujących czynników środowiskowych: klarowność/mętność wody (przejrzystość wizualna w wodzie, tj. liście, zanieczyszczenia i glony), warunki pogodowe (temperatura, wiatr i opady), obecność zwierząt (Ptaki/Kaczki) i inne komentarze (np. problemy z systemem, tj. sprzęt do dezynfekcji/filtracji i wypadki z kałem).
2.3. Wielkość próby i częstotliwość pobierania próbek
w okresie od czerwca 2011 r.do maja 2012 r. pobrano łącznie 122 próbki wody do oceny. Okres pobierania próbek trwał przez dwie pory roku w Ghanie, czyli pory suchej i deszczowej. Wszystkie procedury pobierania próbek i konserwacji wody zostały przeprowadzone zgodnie ze standardowymi metodami badania wody i ścieków oraz wytycznymi WHO dotyczącymi jakości wody pitnej . Pobieranie próbek do analizy bakteriologicznej odbywało się w warunkach aseptycznych z zachowaniem ostrożności, bez zewnętrznego zanieczyszczenia próbek. Wszystkie próbki zostały przetransportowane do laboratorium w ciągu 2 godzin.
2.4. Izolacja i identyfikacja bakterii
wszystkie organizmy Gram-dodatnie zidentyfikowano za pomocą konwencjonalnych metod, takich jak test gram-ujemny, katalaza dodatnia, koagulaza rurkowa, test deoksyrybonukleaz (DNazy) i tak dalej, podczas gdy zestaw API 20E został użyty do identyfikacji organizmu Gram-ujemnego. Szczep 25922 E. coli został użyty jako pozytywna Kontrola izolatów E. coli.
2.5. Antybakteryjne badanie wrażliwości E. coli
każdego z izolatów (E. coli) poddano badaniu wrażliwości na antybiotyki metodą Kirby ’ ego–Bauera, która została znormalizowana i oceniona metodami Narodowego Komitetu ds. klinicznych standardów laboratoryjnych . Izolaty hodowane przez noc na agarze odżywczym zawieszono w sterylnej soli fizjologicznej (0,9% w / v NaCl)za pomocą sterylnej pętli drucianej, aż zmętnienie było równoważne 0,5 McFarlanda. Sterylne nietoksyczne bawełniane waciki zanurzone w standaryzowanej inokuli zostały użyte do zaciśnięcia całej powierzchni płytek agarowych Muellera–Hintona. E. Izolaty bakterii coli badano następnie na czternastu antybiotykach: ampicylina (10 µg), kwas pipemidowy (20 µg), chloramfenikol (30 µg), cyprofloksacyna (5 µg), ko-trimoksazol (25 µg), erytromycyna (15 µg), nitrofurantoina (300 µg), penicylina (10 IU), cefuroksym (30 µg), cefotaksym (30 µg), kwas nalidyksowy (30 µg), amikacyna (30 µg), tetracykliny (30 µg) i gentamycyny (10 µg). Dyski antybiotykowe umieszczano w warunkach aseptycznych za pomocą sterylnych kleszczy, a wszystkie płytki inkubowano (Gallenkamp England, model IH-150) w temperaturze 37°C przez 24 godziny . Wyniki zostały zinterpretowane za pomocą NCCLS .
3. Wyniki
wyniki z tabeli 1 pokazują, że w okresie badań uzyskano łącznie 520 izolatów bakteryjnych. Znaczna liczba izolatów (305) stanowiących 58,65% całości uzyskano w porze suchej, wobec (205) stanowiących 41,35% w porze deszczowej.
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
najczęściej występującym organizmem w próbkach wody były Klebsiella spp. (104), co stanowi 20% całkowitej liczby otrzymanych izolatów. Największa liczba Klebsiella spp. (18) został odizolowany od źródeł wód strumieniowych w porze suchej, a najniższy (1) od rzek w porze deszczowej. Kolejnym najbardziej występującym organizmem była E. coli (97), stanowiąca 18,7% wszystkich izolatów bakteryjnych. Następnie pojawiły się Pseudomonas aeruginosa (15,61%), Enterobacter spp. (15,4%), Proteus vulgaris (13,1%) i Enterococcus faecali (9,2%). Najmniej wyizolowanym organizmem były Vibrio cholerae (1,2%) i Shigella spp. (1.2%). Vibrio cholerae był izolowany w czterech źródłach wody, a mianowicie w strumieniach, odwiertach, ręcznie wykopanych studniach i źródłach wody zaporowej, podczas gdy Shigella spp. został wyodrębniony w 3: strumieniu, odwiercie i źródłach wody zaporowej.
do analizy bakteriologicznej pobrano łącznie 122 próbki wody. Wyniki z tabeli 2 pokazują, że w okresie badania wyizolowano 97 szczepów E. coli. W porze suchej wyizolowano 58 szczepów reprezentujących 59,79%, podczas gdy w porze deszczowej 39 szczepów reprezentujących 40,21%. Najwięcej szczepów wyizolowanych z jednego źródła wody pochodziło z zapór (28), co stanowiło 29%. Na kolejnych miejscach znalazły się źródła strumieniowe (26) stanowiące 27%, ręcznie wykopane studnie (24) stanowiące 25%, A odwierty (11) stanowiące 11%. Źródła wody rzecznej wytwarzały najmniejszą liczbę izolowanych szczepów (2) stanowiących 2%, a następnie kanałowe źródła wody (6) stanowiące 6%. Najwyższe Izolaty w porze deszczowej uzyskiwano z zapór (12), a następnie ze źródeł strumieniowych (10) i ręcznie wykopanych studni (10). Najwięcej izolatów w porze suchej uzyskano z zapór (16), a następnie ze źródeł strumieniowych (17). Najmniej izolatów w porze deszczowej pozyskano z kanałów (3), a następnie z odwiertów (4). Żaden szczep E. coli nie został wyizolowany ze źródeł wody rzecznej. Najmniej izolatów w porze suchej uzyskano z rzek (2), a następnie ze źródeł wody kanałowej (3).
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Results from Table 3 reveal the antibiotic susceptibility profile of the E. coli strains. Wszystkie szczepy testowano na 14 różnych antybiotykach, stosując dyfuzję krążkową Kirby ’ ego–Bauera, standaryzowano i oceniano metodami Narodowego Komitetu ds. klinicznych standardów laboratoryjnych . Tabela 3 pokazuje, że szczepy E. coli były najbardziej oporne na penicylinę (32) reprezentującą 32,99%, następnie cefuroksym (28) reprezentujący 28%, erytromycyna (23) reprezentująca 23,71%, tetracyklina (21) reprezentująca 21,45%, chloramfenikol (18) reprezentujący 18,65%, kwas pipemidowy (13) reprezentujący 13,40%, a ampicylina (11) reprezentująca 11,32%. Siedem z czternastu antybiotyków miało dziesięć lub mniej izolatów wykazujących oporność. Cztery Izolaty stanowiące 4,12% były oporne na każdy z następujących antybiotyków: cefotaksym, kwas nalidyksowy i nitrofurantoinę. Następnie gentamycyna (5) stanowiła 5,15%, amikacyna (7)-7,2%, cyprofloksacyna (8) – 8,5%, a ko-trimoksazol (8) – 8,5%. Tabela 3 pokazuje, że szczepy E. coli były najbardziej wrażliwe/wrażliwe na nitrofurantoinę (91), co stanowiło 93,8%, a następnie cefotaksym i amikacyna (89), co stanowiło 91.75%, gentamycyna (88) stanowi 90,7%, kwas nalidyksowy (87) stanowi 89,65%, cyprofloksacyna (72) stanowi 74,2%, chloramfenikol (67) stanowi 69,07%, kwas pipemidowy (64) stanowi 65,97%, a cefuroksym (CXM) (51) stanowi 52,58%. Cztery z czternastu antybiotyków miały pięćdziesiąt lub mniej izolatów wykazujących oporność. Były to penicylina (14), tetracyklina (29), ampicylina (45) i erytromycyna (50).
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Analysis of multiple drug resistance of E. Izolaty coli ze źródeł wody ujawniają, że czterdzieści osiem izolatów reprezentujących duży odsetek (49,48%) izolatów E. coli wykazywało oporność na dwa lub więcej antybiotyków, sklasyfikowanych w ten sposób jako oporność wielolekowa. Stwarza to ogromne zagrożenie dla zdrowia publicznego.
4. Dyskusja
obecność E. coli w różnych źródłach wody może oznaczać zagrożenia dla zdrowia, takie jak choroby biegunkowe, które stanowią znaczny stopień zachorowalności i śmiertelności u dorosłych i dzieci . Kontrola biegunki może wymagać podania antybiotyków. Niemniej jednak, niektóre szczepy E. coli są znane jako odporne na szeroką gamę antybiotyków . Wielokrotna oporność na antybiotyki odnosi się do oporności na dwie lub więcej klas antybiotyków. Liczne oporności na antybiotyki E. coli ustalone w tym badaniu zgadzają się z innymi ustaleniami . Szczepy E. coli i Salmonella spp. stwierdzono kilka ognisk w Stanach Zjednoczonych i na całym świecie, częściowo ze względu na odporność na chloramfenikol, ampicylinę i trimetoprim .
częstość występowania oporności na penicylinę w obecnym badaniu była wysoka wśród izolatów w porównaniu z opornością na chloramfenikol i ampicylinę obserwowaną w izolatach uzyskanych z różnych źródeł wody. Może to być spowodowane powszechnym stosowaniem tanich antybiotyków w społeczności ghańskiej lub może być spowodowane produkcją enzymów beta-laktamazowych. Oporność E. coli na ampicylinę była obserwowana przez Çelebi et. al. , Olowe i in. , oraz Yurdakoek i in. . Pojawiająca się oporność na ko-trimoksazol i cyprofloksacynę z dalszych miejsc jest poważnym problemem, ponieważ są to preferowane leki dla wielu bakterii Gram-ujemnych . Najczęstszym mechanizmem oporności na ko-trimoksazol jest nabycie enzymów reduktazowych diaminopirymidynowo-folianowych, w których pośredniczy plazmid . Niska oporność na amikacynę i gentamycynę może wynikać z mniejszego stosowania tych antybiotyków w praktyce klinicznej i/lub medycynie weterynaryjnej. Rosnąca tendencja oporności we wszystkich izolatach (całkowita i kał coliforms) od góry do dołu potwierdza fakt, że usuwane antybiotyki mogły zostać wypłukane ze źródeł wody i nagromadzone w dół, zwłaszcza w porze deszczowej, co stanowi wysoką odporność.
różnice w profilach oporu w tym badaniu środowiskowym wyraźnie odzwierciedlają różnice w presji procedury selekcji w badanych miejscach/obszarach. Wyższy poziom oporności na antybiotyki wśród bakterii z grupy coli w miejscach środkowego i dolnego biegu Ghany jest niepokojący, ponieważ większość mieszkańców kąpi się, myje ubrania, a nawet odprowadza ludzkie ścieki do źródeł wody w miejscach środkowego i dolnego biegu rzeki, podczas gdy niektórzy mieszkańcy i osoby niezamieszkałe używają tych źródeł wody do celów pitnych i/lub domowych. W Mangalore odnotowano, że nieleczone lub częściowo oczyszczone ścieki domowe są uwalniane do otwartych ujść rzek, co stanowi wysoki poziom oporności na antybiotyki .
oporność Wielolekowa jest definiowana jako oporność na wszystkie badane antybiotyki w co najmniej dwóch z następujących trzech klas: laktamy, aminoglikozydy i chinolony . Cechy oporności wielolekowej (MDR) izolatów zidentyfikowano poprzez obserwację wzorca oporności izolatów na antybiotyki. Wskaźnik MAR izolatu definiuje się jako A/b, gdzie A oznacza liczbę antybiotyków, na które izolat był oporny, A b oznacza liczbę antybiotyków, którym izolat został poddany . Analiza wskaźnika MAR ujawnia, że trzydzieści odpornych na wiele leków szczepów E. coli miało bardzo wysoką wartość wskaźnika MAR (> 0,2). Wysoki wskaźnik MAR odnotowany w tym badaniu dotyczy faktu, że źródła wody mogły być silnie zanieczyszczone antybiotykami ze względu na wysokie wykorzystanie tych substancji chemicznych w otaczających obszarach różnych źródeł wody. Jest to zgodne z Tambekar et al.raport, który stwierdza, że bakterie Pochodzące ze środowiska, w którym stosuje się kilka antybiotyków, zwykle wytwarzają wskaźnik MAR większy niż 0,2. Indeksowanie MAR poniżej 0.2 określona w tym badaniu była w rzeczywistości poniżej nielogicznej wartości zanieczyszczenia ryzykiem . Jednak próbki, które dały wskaźnik MAR powyżej 0,2 wskazywały na wysokie ryzyko zanieczyszczenia. Różnica wskaźników MAR w różnych źródłach wody wskazywała na wpływ urbanizacji na poziom oporności na antybiotyki.
jakość mikrobiologiczna różnych analizowanych źródeł wody była niska, ponieważ różne szczepy bakterii były izolowane z różną częstotliwością. W większym stopniu wykryto różnice w częstości występowania oporności na antybiotyki w E. szczepy coli pochodzące z różnych źródeł wody, tak że niektóre szczepy E. coli wykazywały wysoką oporność na cefotaksym, kwas nalidyksowy, nitrofurantoinę, gentamycynę, amikacynę, cyprofloksacynę i ko-trimoksazol. Różnice w szczepach antybiotyków różnych źródeł wody mogą odzwierciedlać specyficzne zastosowanie antybiotyków wokół określonego źródła. Odnotowana wysoka częstość występowania oporności na penicylinę i chloramfenikol stanowi poważny problem dla zdrowia publicznego, ponieważ antybiotyki te mają mniejsze szanse na wyleczenie zakażonych pacjentów, którzy używają badanych źródeł wody jako wody pitnej lub do celów domowych. Rzeczywiście, rosnąca częstość występowania oporności w izolatach, zwłaszcza pochodzenia ludzkiego, może mieć ważne znaczenie terapeutyczne, które wymaga ostrożności przy masowym stosowaniu antybiotyków na ludziach. Jednak prawie wszystkie 97 szczepów E. coli były wrażliwe na niektóre antybiotyki, a mianowicie nitrofurantoinę (93.8%), następnie cefotaksym i amikacyna (91,75%), gentamycyna (90,7%), kwas nalidyksowy (89,65%), cyprofloksacyna (74,2%), chloramfenikol (69,07%), kwas pipemidowy (65,97%) i wreszcie cefuroksym (52,58%).
w badaniu zarejestrowano wysokie i niskie wartości wskaźnika MAR, co wskazuje na poziom ryzyka zanieczyszczenia pobranych z próbek źródeł wody, co wymaga bardziej restrykcyjnych polityk dotyczących usuwania kanałów ludzkich/zwierzęcych oraz kąpieli / mycia w zbiornikach wodnych lub w ich pobliżu. Wreszcie, okresowe monitorowanie wrażliwości na antybiotyki źródeł wody ma znaczenie dla wykrycia wszelkich zmieniających się wzorców, które mogą pojawić się w przyszłości, w celu dotrzymania kroku takim zmieniającym się wzorcom w celu lepszego formułowania i wdrażania środków leczniczych lub polityk.
dostępność danych
dane wykorzystane do potwierdzenia wyników tego badania są dostępne u odpowiedniego autora na żądanie.
konflikty interesów
autorzy oświadczają, że nie występują w nich konflikty interesów.
podziękowania
serdeczne podziękowania dla autorów kierujemy do pracowników Zakładu Mikrobiologii Noguchi Memorial Institute for Medical Research, University of Ghana, za pomoc w analizie laboratoryjnej naszej pracy. Autorzy chcieli również docenić ogromne zasoby uzyskane z pracy „wrażliwość na promieniowanie i charakterystyka molekularna wodorozcieńczalnych wielolekoodpornych Escherichia coli” w kierunku tej pracy.