Emergence of Carbapenemase Genes in Gram-Negative Bacteria Isolated from the Wastewater Treatment Plant in A Coruña, Spain

Resumen

La resistencia de las bacterias a los antibióticos, impulsada por adaptaciones que reducen la eficacia de los antibióticos, es una creciente crisis de salud pública. El aumento de la resistencia a los antibióticos, atribuido en gran medida al uso excesivo y inadecuado de estos, ha provocado la aparición de patógenos bacterianos resistentes difíciles de tratar y controlar, lo que contribuye a una mayor morbilidad y mortalidad. La resistencia a los carbapenémicos, una de las formas más críticas de resistencia a los antibióticos, plantea un grave desafío global porque limita gravemente las opciones de tratamiento para las infecciones causadas por estas bacterias altamente resistentes. La vigilancia y el control eficaces de la resistencia a los antibióticos requiere datos completos sobre su prevalencia. Es posible que los métodos tradicionales de vigilancia de la resistencia a los antibióticos, basados en muestras clínicas, no proporcionen una imagen completa de las tendencias de la resistencia dentro de una población. La vigilancia epidemiológica en las aguas residuales se ha propuesto como un método alternativo que puede ofrecer una visión más completa de los patrones de resistencia a los antibióticos dentro de una comunidad. Este enfoque puede ayudar a identificar y rastrear bacterias y genes emergentes resistentes a los antibióticos, proporcionando información sobre los riesgos ambientales y de salud pública. El objetivo de este estudio es investigar la prevalencia y distribución de genes de carbapenemasas en bacterias Gram-negativas en A Coruña, España, mediante el análisis de muestras de plantas depuradoras de aguas residuales. En este estudio se analizaron muestras recolectadas en tres ubicaciones distintas dentro de la EDAR de Bens: aguas residuales sin tratar, lodos primarios y lodos secundarios. El muestreo se realizó entre abril de 2020 y febrero de 2022. El aislamiento bacteriano se realizó utilizando placas de agar MacConkey que contenían meropenem y placas mSuperCARBATM. La identificación de las bacterias aisladas se realizó mediante MALDI-TOF MS. Se realizaron pruebas de susceptibilidad a los antimicrobianos en los aislados bacterianos seleccionados para evaluar su resistencia a los carbapenémicos. Se realizó una PCR múltiple del ADN extraído de estos aislados para detectar la presencia de genes de carbapenemasa, incluidos blaNDM, blaKPC, blaGES, blaVIM, blaIMP y blaOXA-48. Se 39 llevó a cabo la secuenciación del genoma completo de los aislados seleccionados utilizando la tecnología Oxford Nanopore, seguida de un análisis bioinformático. Además, se obtuvieron datos clínicos de aislados bacterianos del Hospital Universitario de A Coruña (CHUAC) en A Coruña, Galicia, España. Se identificaron un total de 706 cepas bacterianas, que comprenden 27 especies distribuidas en 10 géneros diferentes. Estos incluyeron Enterobacter (n = 224), Klebsiella (n = 163), Aeromonas (n = 143), Pseudomonas (n = 64), Kluyvera (n = 43), Citrobacter (n = 34), Stenotrophomonas (n = 15) , Esherichia (n = 5), Raoultella (n = 5) y Acinetobacter (n = 3). Entre las 425 cepas de GNB seleccionadas para las pruebas de susceptibilidad a los antimicrobianos, todas mostraron resistencia al carbapenem. El análisis por PCR múltiple de 265 aislados seleccionados reveló que 252 albergaban genes de carbapenemasa, siendo el gen blaKPC el más común. Otros genes de carbapenemasa identificados en un número variables incluyeron blaOXA-48, blaIMP y blaGES, mientras que blaNDM estuvo ausente en todos los aislados analizados. Se realizó la secuenciación del genoma completo en 55 aislamientos seleccionados. Esto reveló varios tipos de secuencias clínicamente relevantes y plásmidos que portaban distintos tipos de genes de carbapenemasas, incluidos blaKPC-2, blaVIM-2, blaIMP-11, blaIMP-28, blaOXA-24, blaOXA-48, blaOXA-58, blaOXA-217, blaGES. -5 y blaGES-6. En los aislados clínicos estaban presentes genes de carbapenemasa, siendo blaOXA-48 el más común. También se detectaron otros genes de carbapenemasas, como blaVIM, blaKPC, blaNDM y blaIMP, en diferentes frecuencias. El gen blaKPC fue identificado por primera vez en nuestro hospital en junio de 2023, en tres aislamientos de K. pneumoniae y dos de C. freundii. La vigilancia de las aguas residuales sirve como una herramienta valiosa para monitorizar bacterias resistentes a antibióticos en la comunidad. La detección de bacterias que albergan genes de carbapenemasas en aguas residuales, seguida de su identificación en entornos clínicos, como K. pneumoniae con el gen blaKPC, subraya el potencial de la vigilancia de aguas residuales como sistema de alerta temprana para predecir futuros brotes tanto en hospitales como en la comunidad. La investigación global integral en la EDAR es crucial para comprender completamente la distribución global y la diversidad de los genes de carbapenemasas, que pueden informar sobre estrategias de intervención temprana en entornos clínicos y comunitarios.