Deteksjon av beta-laktamaser med utvidet spektrum (ESBL) blant bakteriestammer isolert fra akvatiske miljøer i Trondheim by gjennom fenotypiske og genotypiske metoder

Abstract

Den eskalerende utviklingen av antibiotikaresistens blant humanpatogene bakterier anses som en av de største truslene mot den globale helsen. Betalaktamer er den mest brukte antibiotika-klassen i verden, og resistens mot disse er derfor av særlig bekymring, herunder utviklingen av betalaktamaser med utvidet spektrum (ESBL) og karbapenemresistente Enterobacteriaceae (CRE).

Formålet med masteroppgaven var å undersøke forekomsten av ESBLer og CRE blant bakteriestammer isolert fra lokale vannkilder i Trondheim by gjennom fenotypiske og genotypiske metoder.

Vannprøver ble innhentet fra tre ulike vannkilder i Trondheim by i januar 2023, henholdsvis fra Nidelva, Jonsvatnet og Theisendammen. Vannprøvene ble filtrert og deretter kultivert på kromogene medier selektive for CRE og ESBL-produserende bakteriestammer. Basert på fenotypisk fargescreening ble bakterieisolater valgt til DNA-ekstraksjon, som deretter ble PCR-amplifisert for deres 16S rRNA-gener for identifisering via Sanger-sekvensering. ESBL-gener ble detektert gjennom PCR med Multiplex- og Singleplex-primermikser, og isolater med positive resultater ble Sanger-sekvensert. PCR ble også utført for deteksjon av virulensgener for diarégivende Escherichia coli (E. coli). Tre isolater ble så innsendt til helgenomsekvensering med Illumina-teknologi, og disse ble også testet for sensitivitet mot antibiotika.

Denne masteroppgaven bekreftet forekomsten av ESBL-produserende bakterier i akvatiske miljøer i Trondheim by. Gjennom utførelsen av fenotypiske og genotypiske analysemetoder ble det gjort funn av multiresistente E. coli og Klebsiella pneumoniae (K. pneumoniae) i Nidelva, som begge ble detektert med genet for ESBL(A)-enzymet CTX-M-15. Genet for ESBLA-enzymet SHV-106 ble også detektert i K. pneumoniae-stammen. Det ble også gjort funn av multiresistente Serratia fonticola (S. fonticola) i Jonsvatnet, men ingen ESBL-gener ble detektert hos denne. Norge har i utgangspunktet lav forekomst av antibiotikaresistente bakterier, så det er bekymringsverdig at bakterier kjent for å forårsake sykdom ble detektert i vannmiljøer i Trondheim. Studien er et bidrag i arbeidet med å kartlegge forekomsten av antibiotikaresistens i akvatiske miljøer.

The escalating development of antibiotic resistance among human pathogenic bacteria is considered one of the greatest threats to global health. Beta-lactams are the most widely used antibiotic class in the world, and resistance to these are therefore of particular concern, including the development of extended-spectrum beta-lactamases (ESBL) and carbapenem-resistant Enterobacteriaceae (CRE).

The purpose of the master's thesis was to investigate the occurrence of ESBLs and CRE among bacterial strains isolated from local water sources in the city of Trondheim through phenotypic and genotypic methods.

Water samples were obtained from three different water sources in Trondheim city in January 2023, respectively from Nidelva, Jonsvatnet and Theisendammen. The water samples were filtered and then cultured on chromogenic media selective for CRE and ESBL-producing bacterial strains. Based on phenotypic color screening, bacterial isolates were selected for DNA extraction, which were then PCR amplified for their 16S rRNA genes for identification via Sanger sequencing. ESBL genes were detected through PCR with Multiplex and Singleplex primer mixes, and isolates with positive results were Sanger sequenced. PCR was also performed for the detection of virulence genes for diarrhea-causing Escherichia coli (E. coli). Three isolates were then submitted for whole-genome sequencing with Illumina technology, and these were also tested for sensitivity to antibiotics.

This master's thesis confirmed the occurrence of ESBL(A)-producing bacteria in aquatic environments in Trondheim city. Through the performance of phenotypic and genotypic analysis methods, multiresistant E. coli and Klebsiella pneumoniae (K. pneumoniae) were discovered in Nidelva, both of which were detected with the gene for the ESBLA enzyme CTX-M-15. The gene for the ESBLA enzyme SHV-106 was also detected in the K. pneumoniae strain. Multiresistant Serratia fonticola (S. fonticola) was also found in Jonsvatnet, but no ESBL genes were detected in this one. Norway has a genereally low incidence of antibiotic-resistant bacteria, so it is worrisome that bacteria known to cause disease were detected in aquatic environments in Trondheim. The study is a contribution to the work of mapping the occurrence of antibiotic resistance in aquatic environments.