Микробиология, 2021, T. 90, № 2, стр. 179-190

Антибиотикорезистентные микроорганизмы и детерминанты множественной лекарственной устойчивости у бактерий рода Pseudomonas в очистных сооружениях г. Пущино

И. А. Кошелева a, Т. Ю. Измалкова a*, О. И. Сазонова a, Т. В. Сиунова a, А. Б. Гафаров a, С. Л. Соколов a, А. М. Боронин a

a Федеральный исследовательский центр “Пущинский научный центр биологических исследований РАН”, Институт биохимии и физиологии микроорганизмов им. Г.К. Скрябина Росийской академии наук
142290 Пущино, Московская область, Россия

* E-mail: tatiz@ibpm.pushchino.ru

Поступила в редакцию 30.06.2020
После доработки 20.10.2020
Принята к публикации 28.10.2020

Аннотация

В работе охарактеризованы антибиотикорезистентные штаммы, изолированные методом прямого высева из пяти проб, отобранных из очистных сооружений г. Пущино в апреле 2015 г. на различных стадиях очистки. Проведен первичный анализ коллекции (около 800 штаммов) на устойчивость к антибиотикам: карбенициллину, канамицину, стрептомицину, амикацину, тобрамицину, хлорамфениколу, рифампицину, гентамицину, тетрациклину, цефтазидиму, цефепиму и меропенему. Показано, что наиболее часто встречающимися антибиотикоустойчивыми микроорганизмами в очистных сооружениях г. Пущино являются бактерии родов Pseudomonas и Alcaligenes. Исследовано распространение генов резистентности к тетрациклину и показано, что в штаммах из очистных сооружений г. Пущино преобладают гены tetA/tetC, контролирующие активный вывод антибиотика из клетки. Штаммы, содержащие гены, ассоциированные с интегронами I-го типа (intI1, qacE/qacΔE1 и sul1) составили четвертую часть от исследованных образцов. У четырех штаммов псевдомонад обнаружены IncN плазмиды, семь штаммов Pseudomonas spp. содержат плазмиды группы несовместимости Р-9 (ε-подгруппы). Три IncP-9 плазмиды являются конъюгативными и несут детерминанты устойчивости к тетрациклину, стрептомицину и гентамицину одновременно, что показано впервые для ε-подгруппы IncP-9 плазмид.

Ключевые слова: антибиотики, очистные сооружения, множественная лекарственная устойчивость, плазмиды, интегроны, группы несовместимости плазмид

DOI: 10.31857/S0026365621020087

Список литературы

  1. Измалкова Т.Ю., Сазонова О.И., Соколов С.Л., Кошелева И.А., Боронин А.М. Плазмиды биодеградации нафталина и салицилата Р-7 группы несовместимости в штаммах флуоресцирующих псевдомонад // Микробиология. 2005. Т. 74. С. 342–348.

  2. Izmalkova T.Yu., Sazonova O.I., Sokolov S.L., Kosheleva I.A., Boronin A.M. The P-7 incompatibility group plasmids responsible for biodegradation of naphthalene and salicylate in fluorescent pseudomonads // Microbiology (Moscow). 2005. V. 74. P. 290–295.

  3. Ashbolt N.J., Amézquita A., Backhaus T., Borriello P., Brandt K.K., Collignon P., Coors A., Finley R., Gaze W.H., Heberer T., Lawrence J.R., Larsson D.G., McEwen S.A., Ryan J.J., Schönfeld J., Silley P., Snape J.R., Van den Eede C., Top E. Human Health Risk Assessment (HHRA) for environmental development and transfer of antibiotic resistance // Environ. Health Perspect. 2013. V. 121. P. 993–1001.

  4. Boronin A.M. Diversity of Pseudomonas plasmids: to what extent? // FEMS Microbiol Lett. 1992. V. 79. P. 461–467.

  5. Carattoli A. Plasmids and the spread of resistance // Int. J. Med. Microbiol. 2013. V. 303. P. 298–304.

  6. Chaturvedi P., Giri B.S., Shukla P., Gupta P. Recent advancement in remediation of synthetic organic antibiotics from environmental matrices: Challenges and Perspective // Bioresour. Technol. 2021. V. 319. 124161.

  7. Dalkmann P., Broszat M., Siebe C., Willaschek E., Sakinc T., Huebner J., Amelung W., Grohmann E., Siemens J. Accumulation of pharmaceuticals, Enterococcus, and resistance genes in soils irrigated with wastewater for zero to 100 years in central Mexico // PLoS One. 2012. V. 7. e45397.

  8. De Bruyne K., Slabbinck B., Waegeman W., Vauterin P., De Baets B., Vandamme P. Bacterial species identification from MALDI-TOF mass spectra through data analysis and machine learning // Syst. Appl. Microbiol. 2011. V. 34. P. 20–29.

  9. Gillings M.R., Gaze W.H., Pruden A., Smalla K., Tiedje J.M., Zhu Y.G. Using the class 1 integron-integrase gene as a proxy for anthropogenic pollution // ISME J. 2015. V. 9. P. 1269–1279.

  10. Götz A., Pukall R., Smit E., Tietze E., Prager R., Tschäpe H., van Elsas J.D., Smalla K. Detection and characterization of broad-host-range plasmids in environmental bacteria by PCR // Appl. Environ. Microbiol. 1996. V. 62. P. 2621–2628.

  11. Greated A., Thomas C.M. A pair of PCR primers for IncP-9 plasmids // Microbiology (SGM). 1999. V. 145. P. 3003–3004.

  12. Hong J.S., Yoon E.-J., Song W., Seo Y.B., Shin S., Park M.-J., Jeong S.H., Lee K. Molecular characterization of Pseudomonas putida group isolates carrying blaVIM-2 disseminated in a university hospital in Korea // Microb. Drug Resist. 2018. V. 24. P. 627–634.

  13. Kraft C.A., Timbury M.C., Platt D.J. Distribution and genetic location of Tn7 in trimethoprim-resistant Escherichia coli // J. Med.Microbiol. 1986. V. 22. P. 125–131.

  14. Kerrn M.B., Klemmensen T., Frimodt-Möller N., Espersen F. Susceptibility of Danish Escherichia coli strains isolated from urinary tract infections and bacteraemia, and distribution of sul genes conferring sulphonamide resistance // J. Antimicrob. Chemother. 2002. V. 50. P. 513–516.

  15. Larsson D.G.J., de Pedro C., Paxeus N. Effluent from drug manufactures contains extremely high levels of pharmaceuticals // J. Hazard. Mater. 2007. V. 148. P. 751–755.

  16. Li J., Zhang H., Chen Y., Luo Y., Zhang H. Sources identification of antibiotic pollution combining land use information and multivariate statistics // Environ. Monit. Assess. 2016. V. 188. P. 430.

  17. Nguyen F., Starosta A.L., Arenz S., Sohmen D., Dönhöfer A., Wilson D.N. Tetracycline antibiotics and resistance mechanisms // Biol. Chem. 2014. V. 395. P. 559–575.

  18. Partridge S.R., Kwong S.M., Firth N., Jensen S.O. Mobile genetic elements associated with antimicrobial resistance // Clin. Microbiol. Rev. 2018. V. 31. P. 1–61.

  19. Puckowsk A., Mioduszewska K., Łukaszewicz P., Borecka M., Caban M., Maszkowska J., Stepnowsk P. Bioaccumulation and analytics of pharmaceutical residues in the environment: A review // J. Pharm. Biomed. Anal. 2016. V. 127. P. 232–255.

  20. Roberts M.C. Mechanism of resistance for characterized tet and otr genes. http://faculty.washington.edu/marilynr/tetweb1.pdf (modified: Feb 2020).

  21. Rowe-Magnus D.A., Mazel D. The role of integrons in antibiotic resistance gene capture // Int. J. Med. Microbiol. 2002. V. 292. P. 115–125.

  22. Sambrook J., Fritsch E.F., Maniatis T. Molecular Cloning: A Laboratory Manual. 2nd ed. Cold Spring Harbor, N.Y.: Cold Spring Harbor Laboratory Press, 1989.

  23. Sandvang D., Aarestrup F.M., Jensen L.B. Characterisation of integrons and antibiotic resistance genes in Danish multiresistant Salmonella enterica Typhimurium DT104 // FEMS Microbiol. Lett. 1998. V. 160. P. 37–41.

  24. Schluter A., Szczepanowski R., Puhler A., Top E.M. Genomics of IncP-1 antibiotic resistance plasmids isolated from wastewater treatment plants provides evidence for a widely accessible drug resistance gene pool // FEMS Microbiol. Rev. 2007. V. 31. P. 449–477.

  25. Sevastsyanovich Y.R., Krasowiak R., Bingle L.E.H., Haines A.S., Sokolov S.L., Kosheleva I.A., Leuchuk A.A., Titok M.A., Smalla K., Thomas C.M. Diversity of IncP-9 plasmids of Pseudomonas // Microbiology (SGM). 2008. V. 154. P. 2929–2941.

  26. Svobodová K., Semerád J., Petráčková D., Novotný Č. Antibiotic resistance in czech urban wastewater treatment plants: microbial and molecular genetic characterization // Microb. Drug Resist. 2018. V. 24. P. 830–838.

  27. Wen Q., Yang L., Duan R., Chen Z. Monitoring and evaluation of antibiotic resistance genes in four municipal wastewater treatment plants in Harbin, Northeast China // Environ. Pollut. 2016. V. 212. P. 34–40.

  28. Yu J., Liu D., Li K. Influence of tetracycline on tetracycline-resistant heterotrophs and tet genes in activated sludge process // Curr. Microbiol. 2015. V. 70. P. 415–422.

  29. Yu Z., Michel F.C., Hansen G., Jr., Wittum Th., Morrison M. Development and application of real-time PCR assays for quantification of genes encoding tetracycline resistance // Appl. Environ. Microbiol. 2005. V. 71. P. 6926–6933.

  30. Zhang B., Yu Q., Yan G., Zhu H., Xu X. Yang, Zhu L. Seasonal bacterial community succession in four typical wastewater treatment plants: correlations between core microbes and process performance // Sci. Rep. 2018. V. 8. 4566. https://doi.org/10.1038/s41598-018-22683-1

  31. Zhang X.X., Zhang T. Occurrence, abundance, and diversity of tetracycline resistance genes in 15 sewage treatment plants across China and other global locations // Environ. Sci. Technol. 2011. V. 45. P. 2598–2604.

Дополнительные материалы отсутствуют.