Evaluación de la carga de genes de resistencia a antibióticos en una planta de tratamiento de aguas residuales

Abstract

Las bacterias resistentes a antibióticos representan una creciente amenaza para la salud pública a nivel mundial. Múltiples actividades antropogénicas pueden crear ambientes que funcionen como reservorios para dichos microorganismos, siendo uno de ellos las plantas de tratamiento de aguas residuales (PTARs). Este estudio se enfoca en comprender la carga de genes asociados a resistencias de antibióticos (ARGs) en un sistema de tratamiento de aguas residuales de una urbanización en Costa Rica, donde no existen estudios previos con este enfoque. Para ello, se establecieron tres sitios de muestreo en esta PTAR para recolectar muestras de afluente, lodos y efluente durante las épocas seca y lluviosa. Posteriormente, se realizaron análisis fisicoquímicos, microbiológicos y la cuantificación de ARGs presentes en las muestras. Con estos resultados, se aplicó la prueba Shapiro-Wilk para determinar la normalidad de los datos, y pruebas paramétricas o no paramétricas para comparar las distintas matrices. Las primeras pruebas t-Student y Wilcoxon revelaron que los genes drfA12, sul1, qacE, intl1 y blaTEM fueron significativamente más abundantes en el efluente que en el afluente debido ya sea a la transferencia horizontal de genes (HGT) o bien debido a presiones selectivas. Por otra parte, las pruebas ANOVA y Kruskal-Wallis no demostraron diferencias significativas en la abundancia de genes entre las épocas, lo que indica que las condiciones climáticas no influyeron en la presencia de ARGs en la PTAR de estudio. Asimismo, las concentraciones de contaminantes fisicoquímicos y microbiológicos en el afluente o en el efluente tampoco presentaron diferencias significativas debido a cambios estacionales al aplicar los análisis t-Student o Wilcoxon. Esto demostró tanto una entrada constante de contaminantes, como una eficiencia de tratamiento estable en la planta a lo largo del año. Finalmente, por medio de un análisis de componentes principales (PCA) se demostró que los ARGs están estrechamente correlacionados entre sí, particularmente con el gen intI1, lo que sugiere un riesgo de diseminación de estos genes a través de la HGT.

Antibiotic resistant bacteria represent a growing threat to public health worldwide. Various anthropogenic activities can create environments that serve as reservoirs for these microorganisms, one of which is wastewater treatment plants (WWTPs). This study focuses on understanding the load of antibiotic resistance genes (ARGs) in a wastewater treatment system from a residential area in Costa Rica, where no previous studies with this focus have been conducted. For this purpose, three sampling sites were established in this WWTP to collect influent, sludge, and effluent samples during the dry and rainy seasons. Subsequently, physicochemical, microbiological, and ARG quantification analyses were performed on the samples. Based on these results, the Shapiro-Wilk test was applied to determine the normality of the data, and parametric or non-parametric tests were used to compare the different matrices. The initial t-Student and Wilcoxon tests revealed that the drfA12, sul1, qacE, intl1, and blaTEM genes were significantly more abundant in the effluent than in the influent, due to either horizontal gene transfer (HGT), or selective pressures. On the other hand, ANOVA and Kruskal-Wallis tests did not show significant differences in gene abundance between seasons, indicating that climatic conditions did not influence the presence of ARGs in the studied WWTP. In a similar way, the concentrations of physicochemical and microbiological contaminants in the influent or effluent did not show significant differences due to seasonal changes when applying the t-Student or Wilcoxon analyses. This demonstrated a constant influx of contaminants as well as stable treatment efficiency within the plant throughout the year. Finally, through a principal component analysis (PCA), it was shown that the ARGs are closely correlated with each other, particularly with the intI1 gene, suggesting a risk of dissemination of these genes through HGT.