Kartlegging av resistensmekanismer i akvatisk ytre miljø i Gjøvik- og Nordre Follo Kommune, samt vurdere spredningspotensialet til eventuelle funn.

Abstract

Antibiotikaresistens (AR) er et raskt voksende problem som truer folkehelsen globalt, noe som i stor grad skyldes at multiresistente Gram-negative bakterier har utviklet evnen til å produsere «Extended Spectrum β-Lactamases (ESBL)». Genene som koder for utvidet spektrum β-laktamaser kan enkelt spres mellom bakterier, som føler av at genene ofte er lokalisert på plasmider, noe som betraktes som bekymringsverdig.

Hensikten med denne oppgaven var å kartlegge resistensmekanismer i akvatisk ytre miljø og vurdere spredningspotensialet til eventuelle funn. Det ble hentet inn 3 vannprøver fra 3 ulike vannkilder som var lokalisert i Gjøvik- og Nordre Follo kommune. Prøvene ble filtrert før de ble dyrket på kromogene skåler med «Oxoid BrillianceTMESBL»-agar og «Oxoid BrillianceTM CRE»-agar. Deretter ble DNA-et til bakterieisolatene av interesse ekstrahert og amplifisert ved hjelp av PCR. PCR-produktene til samtlige prøver av interesse ble sendt til Sanger-sekvensering for å få en indikasjon på hvilken slekt bakterieisolatet tilhørte. Deteksjon av ESBL-gener ble utført ved hjelp av multipleks- og singlepleks PCR, før det ble kjørt en agarosegel-elektroforese av PCR-produktene for å påvise eventuelle ESBL-gener. PCR-produketet til bakterieisolatene som antydet å inneha ESBL-gener ble sendt til Sanger-sekvensering for å få bekreftet eller avkreftet forekomsten av ESBL.

Tre av de mest interessante bakterieisolatene ble helgenomsekvensert for å påvise eventuelle ARG, MRG, ABG, virulensgener, gener assosiert med effluks-systemer og gener involvert i biofilmdannelse. Resultatene fra helgenomsekvenseringen viste at det ble funnet MDR P. aeruginosa ST308, MDR E. coli ST131 samt en MDR Serratia spp. bakterie med en ny variant av blaFONA8-genet. Alle prøvene som ble sendt til helgenomsekvensering hadde ARG, MRG, ABG, virulensgener, gener assosiert med effluks-systemer og gener involvert i biofilmdannelse. Resistensgenene blaTEM, blaCTX-M ble påvist i E. coli ST131, mens blaOXA og blaPDC ble påvist i P. aeruginosa ST308. De tre bakterieisolatene som ble sendt til helgenomsekvensering ble også sensitivitetstestet mot ni ulike antibiotikum.

Funnene i oppgaven betraktes som urovekkende, da det både ble funnet patogene MDR-bakterier i de undersøkte vannkildene. Funnene antyder at det er nødvendig med ytterligere kartlegging av ARB og ARG i ulike vannmiljøer rundt om i Norge.

Antibiotic resistance (AR) is a rapidly growing problem that poses a threat to public health globally, largely due to the development of extended-spectrum β-lactamases (ESBLs) in multidrug-resistant Gram-negative bacteria. Genes encoding extended-spectrum β-lactamases can easily spread between bacteria, often located on plasmids, which is a cause for concern.

The purpose of this study was to investigate resistance mechanisms in the aquatic environment and assess the potential spread of any findings. Three water samples were collected from three different sources in Gjøvik and Nordre Follo municipalities. The samples were filtered and cultured on chromogenic plates with "Oxoid BrillianceTM ESBL" agar and "Oxoid BrillianceTM CRE" agar. DNA from the bacterial isolates of interest was then extracted and amplified using PCR. The PCR products from all the samples of interest were sent for Sanger sequencing to identify the bacterial genus of the isolates. Detection of ESBL genes was performed using multiplex and singleplex PCR, followed by agarose gel electrophoresis to confirm the presence of ESBL genes. The PCR products from bacterial isolates that indicated the presence of ESBL genes were also sent for Sanger sequencing to confirm or refute the presence of ESBL.

Three of the most interesting bacterial isolates were whole-genome sequenced to detect any antibiotic resistance genes (ARGs), metal resistance genes (MRGs), antimicrobial biocide resistance genes (ABGs), virulence genes, efflux pump-associated genes, and genes involved in biofilm formation. The results from whole-genome sequencing showed the presence of multidrug-resistant P. aeruginosa ST308, multidrug-resistant E. coli ST131, and a multidrug-resistant Serratia spp. with a novel variant of the blaFONA8 gene. All the samples subjected to whole-genome sequencing contained ARGs, MRGs, ABGs, virulence genes, efflux pump-associated genes, and genes involved in biofilm formation. The E. coli ST131 isolates were found to carry blaTEM and blaCTX-M genes, while the P. aeruginosa ST308 isolates carried blaOXA and blaPDC genes. The three bacterial isolates were also tested for sensitivity to nine different antibiotics.

The findings in this study are concerning, as it indicates the presence of pathogenic multidrug-resistant bacteria in the examined water sources. The results suggest the need for further investigation into antibiotic-resistant bacteria and resistance genes in various water environments across Norway.