Resistoma mobile di comunità microbiche e residui antimicrobici dai sistemi di approvvigionamento di acqua potabile a Rio de Janeiro, Brasile

Rapporti scientifici volume 12, numero articolo: 19050 (2022) Citare questo articolo

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I geni della resistenza agli antibiotici (ARG) sono diffusi nell’ambiente a causa dell’uso eccessivo di antibiotici e altri inquinanti, costituendo una minaccia per la salute umana e animale. In questo studio, abbiamo valutato i residui antimicrobici, la diversità batterica e gli ARG in due importanti bacini idrografici, Guandu e São João, che forniscono acqua potabile alla città di Rio de Janeiro, in Brasile. Inoltre, sono stati raccolti campioni di acqua del rubinetto da tre diverse città dello stato di Rio de Janeiro, inclusa l'area metropolitana della città di Rio de Janeiro. Claritromicina, sulfametossazolo e azitromicina sono stati trovati nell'acqua non trattata e nell'acqua potabile di tutti i campioni. Una maggiore abbondanza di proteobatteri è stata osservata nei bacini idrografici di Guandu e São João, con la maggior parte delle sequenze appartenenti alla classe dei Gammaproteobatteri. Un approccio metagenomico incentrato sul plasmidoma ha rivelato 4881 (Guandu), 3705 (São João) e 3385 (acqua potabile) ARG associati principalmente ai sistemi di efflusso. I geni che codificano per gli enzimi metallo-β-lattamasi (blaAIM, blaGIM, blaIMP e blaVIM) sono stati rilevati nei due bacini idrografici e nei campioni di acqua potabile. Inoltre, abbiamo dimostrato per la prima volta in Brasile la presenza dei geni di resistenza alla colistina mcr-3 e mcr-4 (entrambi bacini idrografici) e mcr-9 (acqua potabile e Guandu). I nostri dati sottolineano l’importanza di introdurre misure per ridurre lo smaltimento di antibiotici e altri inquinanti in grado di favorire la comparsa e la diffusione del resistoma microbico negli ambienti acquatici e prevedere possibili impatti negativi sulla salute umana.

Gli impatti ambientali che influiscono maggiormente sulla qualità degli ecosistemi acquatici e, di conseguenza, sulla salute pubblica sono fortemente associati alle acque reflue non adeguatamente trattate o non trattate1,2. L'inquinamento dell'acqua può verificarsi a causa della mancanza di servizi igienico-sanitari e/o dello scarico di rifiuti senza trattamento mediante fonti puntuali o diffuse3,4.

Diverse sostanze sono state considerate contaminanti emergenti, tra cui nuovi pesticidi, antimicrobici, prodotti per la cura personale, alcuni sottoprodotti dei processi di disinfezione dell’acqua, dolcificanti come il sucralosio, nanomateriali e alcuni microrganismi5,6. Stime recenti indicano che gli antimicrobici sono le principali classi di farmaci in grado di causare alcuni dei maggiori impatti ambientali7.

Gli antimicrobici sono stati ampiamente utilizzati nella medicina umana e veterinaria. Tuttavia, circa il 70-80% delle dosi ingerite vengono escrete immodificate e scaricate nei corpi idrici, principalmente attraverso le acque reflue generate da ospedali e industrie farmaceutiche8. Questi farmaci vengono rimossi solo parzialmente dal trattamento delle acque reflue e, a seconda del composto, possono ancora essere presenti a livelli compresi tra 10 e 1000 ng L−1 negli effluenti9,10.

Gli antimicrobici trasportati dagli effluenti nell'ambiente, anche a bassi livelli, sono un segnale chiave che promuove la diffusione dei geni e di conseguenza un aumento della resistenza11. Molti antimicrobici sono composti naturalmente biodegradabili, ma i farmaci sintetici come i chinoloni sono più resistenti alla biodegradazione nell’ambiente. Ciò porta ad effetti prolungati sulle comunità batteriche e ad un impatto sostanziale sull’aumento della resistenza. Anche quando la contaminazione antimicrobica viene eliminata, i determinanti della resistenza possono essere mantenuti e diffusi all’interno e tra le popolazioni microbiche12,13.

Inoltre, lo smaltimento dei residui antimicrobici negli ambienti acquatici non solo può causare impatti sulla biodiversità e sulla funzione degli ecosistemi, ma può anche selezionare batteri resistenti agli antibiotici (ARB) e stimolare la diffusione dei geni della resistenza antimicrobica (ARG)14. Gli elementi genetici mobili (MGE), inclusi fagi, plasmidi e trasposoni, tra gli altri, mediano questa diffusione15. I plasmidi, in particolare, vengono rapidamente diffusi nell'ambiente e svolgono un ruolo importante nell'evoluzione e nell'adattamento microbico come veicoli di trasferimento genico16.