Persistens og plasmidoverføring hos cefalosporin-resistente Escherichia coli i vann og jord

Abstract

Antibiotikaresistens hos bakterier er et økende problem globalt. Dette er en alvorlig trussel mot moderne medisin og folkehelsen. Hoveddelen av forskningen på dette området har naturlig nok vært knyttet til human- og veterinærmedisinen. I senere tid har det blitt større fokus på at naturen også kan være en viktig kilde og spredningsvei for antibiotikaresistente bakterier. Likevel er kunnskapsgrunnlaget på dette området ennå mangelfullt og det er usikkert i hvilken grad resistente bakterier og resistensgener kan spres tilbake til mennesker og husdyr.

De to cefalosporin-resistente E. coli stammene som ble brukt i forsøkene hadde ulik fylotype i tillegg til at de hadde resistensgenet blaCMY-2 henholdsvis plassert på et IncK eller IncI1 plasmid. Hovedhensikten med studien var å undersøke hvor lenge de to utvalgte E. coli stammene kunne persistere i naturlig vann fra innsjøen Årungen og kommersiell plantejord ved simulert norsk sommertemperatur (15 °C). I tillegg ble plasmidenes evne til å konjugere til en kinolon-resistent E. coli undersøkt ved 15, 20 og 37 °C i de samme matriksene. Alle forsøkene ble gjennomført i både autoklavert og ikke-autoklavert vann og jord, som en kontroll på effekten av naturlige mikrobesamfunn på overlevelse og plasmidoverføring. Kolonier ble verifisert gjennom konvensjonell PCR og real-time PCR.

De cefalosporin-resistente E. coli stammene persisterte godt over forsøksperioden på ti uker i både vann og jord, men betydelig bedre i den autoklaverte matriksen. Det ble ikke påvist plasmidoverføring/konjugasjon ved andre temperaturer enn 37 °C i de samme matriksene. Disse funnene tyder på at sannsynligheten for plasmidoverføring i vann- og jordmiljøer er liten under typiske norske sommerforhold.

Antibiotic resistance in bacteria is a growing problem globally. This is a serious threat to modern medicine and public health. The main part of the research in this area has largely been linked to human and veterinary medicine. More recently, there has been a greater focus on the fact that nature can also be an important source and spreading route for antibiotic-resistant bacteria. Nevertheless, the knowledge base in this area is still insufficient and it is uncertain to what extent resistant bacteria and resistance genes can be spread back to humans and livestock.

The two cephalosporin-resistant E. coli strains used in these experiments had different phylotypes in addition to having the resistance gene blaCMY-2 respectively located on an IncK or IncI1 plasmid. The main purpose of the study was to investigate how long the two selected E. coli strains could persist in natural water from the lake Årungen and commercially available plant soil at simulated Norwegian summer temperatures (15 °C). In addition, the ability of the plasmids to conjugate to a quinolone-resistant E. coli was investigated at 15, 20 and 37 °C in the same matrixes. All experiments were carried out in both autoclaved and non-autoclaved water and soil, as a control for the effect of natural microbial communities on survival and plasmid transfer. Colonies were verified through conventional PCR and real-time PCR.

The cephalosporin-resistant E. coli strains persisted well over the experimental period of ten weeks in both water and soil, but significantly better in the autoclaved matrix. Plasmid transfer/conjugation was not detected at temperatures other than 37 °C in the same matrixes. These findings indicate that the probability of plasmid transfer in water and soil environments is low under typical Norwegian summer conditions.