Identifikasjon av bredspektret β-laktam resistens (ESBL og Karbapenemaser) i bakterielle isolater fra miljøet ved molekylærbiologiske og fylogenetiske undersøkelser

Abstract

Denne masteroppgaven er en del av prosjektet “Karakterisering av høynivå antibiotikaresistens mekanismer i matkjeden”. Prosjektet ble startet opp i 2016 og ble utført ved Norges-miljø og biovitenskapelige Universitet (NMBU), fakultet for kjemi, bioteknologi og matvitenskap (KBM). Formålet med oppgaven var å undersøke forekomst av kodende gener med β-laktamaser med utvidet spektrum (ESBL), og karakterisere disse gjennom å undersøke jordprøver fra nærmiljøet. Ved å studere utbredelsen av ESBL-produserende bakterier og typer av ESBL-gener i jord vil man få en bedre forståelse av deres opprinnelse. Videre ble det undersøkt om det finnes likheter og ulikheter mellom genene funnet i jord, dyr og pasienter i Norge, og hvordan disse genene kan spre seg til dyr, mennesker og miljøet. Da antibiotika først ble introdusert på 1950-tallet var ikke resistens et tema, men da penicillinet ble introdusert ble resistens oppdaget. Antibiotikaresistens utvikler seg i en enorm hastighet, i motsetning til utviklingen av nye antimikrobielle midler. Det er derfor desto viktigere at dagens midler brukes riktig og med omhu. Det er spesielt stor bekymring blant de gram-negative bakteriene som bærer karbapenemaser og ESBL. I denne studien ble det samlet inn 19 jordprøver fra ulike områder ved NMBU, Campus i Ås. Fylogenetiske- og molekylære metoder ble benyttet for å påvise og bekrefte funn av resistens i prøvene. Dette inkluderer selektive skåler (Oxoid Brilliance, ESBL og skåler for Karbapenem resistente Enterobacteriaceae (Oxoid Brilliance CRE), multipleks-PCR, gelelektroforese, samt første-, andre- og tredje-generasjons sekvensering ved henholdsvis Sanger, Illumina Miseq og Oxford Nanopore MinION. Resultatene viste tilstedeværelse av antibiotikaresistensgener i jordsmonn i Norge. Av totalt 17 rendyrkede prøver med vekst, ble tolv analysert i dette prosjektet. Det ble påvist resistensgener fra genfamiliene SHV, TEM og VIM ved multipleks-PCR og gelelektroforese. Tilstedeværelse av disse genene bekreftes ved tredje-generasjons sekvensering, men denne metoden oppdaget også resistensgener fra andre genfamilier som CTX-M, OXA og GES. Ved første-generasjons sekvensering ble det påvist bakterier som er typisk å finne i jord: Pseudomonas spp., Bordetella spp., Achromobacter spp., og Ochromobacter spp. Funnene er oppsiktsvekkende da Norge ikke har blitt vurdert som et potensielt reservoar for antibiotikaresistens. Dette gjelder spesielt med tanke på at flere av genfamiliene tilhører gruppen ESBLKARBA, som er resistens mot de fleste typer tilgjengelige antimikrobielle midler. Påvisning av resistens fra miljøet kan tilsi at det er en fare for smitte med resistente bakterier i Norge, og at risikoen ikke kun er knyttet til ferie eller innleggelse på utenlandske sykehus.

The Master Thesis is part of the project "Characterization of high-level antibiotic resistance mechanisms in the food chain". The project was initiated in 2016 and was carried out at the Norwegian Environment and Life Sciences University (NMBU), the Faculty of Chemistry, Biotechnology and Food Science (KBM). The purpose of this research has been to examine and characterize for possible occurrence of ESBL coding genes in soil samples collected in the local community. By examining the prevalence of ESBL-producing bacteria and types of ESBL genes in soil, it will be possible to get a better understanding of their origins. Furthermore, it was examined for similarities and dissimilarities in the genes found in soil, animals and pasients in Norway, and how these genes can spread to other animals, humans, or to the environment.