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Thèse de Doctorat
DOI
https://doi.org/10.11606/T.10.2021.tde-25062021-152130
Document
Auteur
Nom complet
Ana Carolina Ewbank
Adresse Mail
Unité de l'USP
Domain de Connaissance
Date de Soutenance
Editeur
São Paulo, 2021
Directeur
Jury
Dias, José Luiz Catão (Président)
Catenacci, Lilian Silva
Cunha, Marcos Paulo Vieira
Knöbl, Terezinha
Neves, Carlos Gonçalo Afonso Rolhas Fernandes das
Titre en anglais
Identification and characterization of antimicrobial resistant genes in the microbiome of seabirds of the Brazilian coast
Mots-clés en anglais
Anthropization
Antibiotic
Extended-spectrum cephalosporin- resistant Escherichia coli
Migratory seabird
Wildlife
Resumé en anglais
Antimicrobial resistance is a quintessential One Health issue. Microbial resistance results from bacteria genetic plasticity and interactions among microbials, hosts and the environment, enhanced by anthropogenic pressure. The consequent remodeling of the existing microbiomes, associated with their dissemination capacity, confer antimicrobial resistance genes (ARGs) the role of environmental pollutants and, alongside antimicrobial resistant bacteria (ARB), indicators of environmental anthropization. Seabirds are excellent sentinels of the marine ecosystem health. We used genotypic (i.e., gelled real-time PCR [rtPCR] and whole genome sequencing [WGS]) and phenotypic techniques (bacterial culture and antimicrobial sensitivity tests) to evaluate the presence and diversity of ARGs and ARB of critical priority (extended-spectrum beta-lactamase [ESBL]-producing Escherichia coli [ESBL-EC] and AmpC-producing E.coli [AmpC-EC]) in the microbiome of wild seabirds inhabiting coastal and insular environments in Brazil. Gelled rtPCR reactions detected and quantified selected plasmid-mediated ARGs in enemas of (1) 25 seabirds (kelp gull [Larus dominicanus, n = 14] and Magellanic penguin [Spheniscus magellanicus, n = 11]) upon admission to a rehabilitation center in southern Brazil, and (2) 308 individuals: 104 from the Fernando de Noronha Archipelago (FNA), Pernambuco (masked boobies [Sula dactylatra, n = 48], brown boobies [Sula leucogaster, n = 31] and magnificent frigatebirds [Fregata magnificens, n = 25]), and 204 from Rocas Atoll (ROA), Rio Grande do Norte (masked boobies [n = 33], brown boobies [n = 33], magnificent frigatebirds [n = 35], red-footed boobies [Sula sula, n = 33], sooty terns [Onychoprion fuscatus, n = 36], and brown noddies [Anous stolidus, n = 34]) to compare the highly anthropized (FNA) versus the pristine biome (ROA), northeastern Brazil. Additionally, we used phenotypic techniques and WGS to survey ESBL-/AmpC-EC in cloacal swabs of (1) the same 204 ROA individuals, and (2) 20 magnificent frigatebirds from an uninhabited site (Alcatrazes Archipelago, São Paulo) Brazil), inserted in the anthropized southeastern Brazilian coast. Our goals were to use seabirds as environmental bioindicators of anthropization to assess the occurrence and dissemination of ARGs and ESBL-/AmpC-EC in the Brazilian coast, and their epidemiology and persistence through a One Health approach. Our findings showed their wide occurrence and diversity throughout the evaluated scenarios, especially in the anthropized (FNA), which presented results consistent with anthropogenic pressure: statistically significant higher prevalence of sulfonamide- and quinolone-encoding ARGs in comparison with ROA, and higher sulII gene prevalence. To our knowledge, this is the first detection of mecA in seabirds in the Americas, and of mcr-1 gene in wild free-ranging seabirds in Brazil and in free-ranging migratory non- synanthropic seabirds worldwide. This is the first description of the pandemic and public health relevant ST131-O25b harboring blaCTX-M-8, and the first report of ST648 harboring blaCTX-M-2 and blaCMY-2, ST117 harboring blaSHV-12, and of a novel ST11350 (ST349 clonal complex) harboring blaCTX-M-55 and fosA3 in wild birds. We showed the key role of species- specific biological and ecological characteristics (e.g., migration, foraging strategies) and the relevance of anthropization in the study of antimicrobial resistance. Finally, we highlight the role of seabirds as anthropization sentinels and their involvement in the One Health chain of antimicrobial resistance.
Titre en portugais
Identificação e caracterização de genes de resistências a antimicrobianos no microbioma de aves marinhas da costa brasileira
Mots-clés en portugais
Escherichia coli resistente a cefalosporinas de espectro estendido
Animais selvagens
Antibiótico
Antropização
Aves marinhas migratórias
Resumé en portugais
A resistência a antimicrobianos é quintessencial em Saúde Única. Resistência microbiana resulta da plasticidade das bactérias e interações entre microorganismos, hospedeiros e ambiente, influenciada pela pressão antropogênica. O consequente remodelamento dos microbiomas existentes, associado à sua capacidade de disseminação, conferem aos genes de resistências a antimicrobianos (GRAs) o papel de poluentes ambientais que, assim como bactérias resistentes a antimicrobianos (BRA), são indicadores ambientais de antropização. Aves marinhas são excelentes sentinelas da saúde do ecossistema marinho. Neste estudo foram utilizadas técnicas genotípicas (ex.: PCR a tempo real [rtPCR] gelificado e sequenciamento completo [WGS]) e fenotípicas (cultura bacteriana e antibiograma) para avaliar a presença e diversidade dos GRAs e BRA de prioridade em saúde pública (Escherichia coli produtora de beta-lactamase de espectro estendido [ESBL-EC] e AmpC [AmpC-EC]) no microbioma de aves marinhas de vida livre de ambientes costeiros e insulares pristinos do BrasilGRAs mediados por plasmídeos foram detectados e quantificados por rtPCR em enemas de (1) 25 aves marinhas (gaivotão [Larus dominicanus, n = 14] e pinguim-de-Magalhães [Spheniscus magellanicus, n = 11]) à admissão a centro de reabilitação no sul do Brasil, e (2) 308 indivíduos: 104 do Arquipélago de Fernando de Noronha (FNA), Pernambuco (atobá-mascarado [Sula dactylatra, n = 48], atobá-marrom [Sula leucogaster, n = 31] e fragata-comum [Fregata magnificens, n = 25]), e 204 do Atol das Rocas (ROA), Rio Grande do Norte (atobá-mascarado [n = 33], atobá-marrom [n = 33], fragata-comum [n = 35], atobá-de-pé-vermelho [Sula sula, n = 33], trinta-réis-das-rocas [Onychoprion fuscatus, n = 36], e viuvinha-marrom [Anous stolidus, n = 34]) para comparação entre um ambiente intensamente antropizado (FNA) versus um bioma pristino (ROA), no nordeste brasileiro. Ademais, foram utilizadas técnicas fenotípicas e de WGS pra pesquisar ESBL-/AmpC-EC (i) nos mesmos 204 indivíduos de ROA, e (2) em 20 fragatas- comuns de um local inabitado (Arquipélago de Alcatrazes) inserido na antropizada costa sudeste brasileira. Nossos objetivos foram utilizar aves marinhas como bioindicadores de antropização para acessar a ocorrência e disseminação de GRAs e ESBL-/AmpC-EC na costa brasileira, sua epidemiologia e persistência frente à Saúde Única. Nossos resultados mostraram ampla ocorrência e diversidade nos diferentes cenários, especialmente no antropizado (FNA), que apresentou resusltados consistentes com pressão antropogência: maior significância estatística na prevalência de GRAs conferindo resistencia a sulfonamidas e quinolonas em comparação a ROA, e maior prevalência de sulII. Acreditamos que essa seja a primeira detecção de mecA em aves marinhas nas Américas, e a primeira de mcr-1 em aves marinhas de vida livre no Brasil e migratórias não-sinantrópicas no mundo. Este estudo descreve o primeiro relato do clone pandêmico e de importância em saúde pública ST131 carreando blaCTX-M-8, e constitui o primeiro registro de ST648 carreando blaCTX-M-2 e blaCMY-2, ST117 carreando blaSHV-12 e do novo ST11350 (complexo clonal ST349) carreando blaCTX-M- 55 e fosA3 em aves selvagens. Mostramos aqui o papel-chave das características biológicas e ecológicas espécie-específicas (ex.: migração, forrageamento) e a relevância da antropização no estudo de resistências a antimicrobianos. Finalmente, enfatizamos o papel das aves marinhas como sentinelas de antropização e seu envolvimento na cadeia de resistências antimicrobianas em Saúde Única.
 
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Date de Libération
2023-07-23
Date de Publication
2021-07-26
 
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