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Tese de Doutorado
DOI
https://doi.org/10.11606/T.10.2021.tde-26042021-143830
Documento
Autor
Nome completo
Natália Carrillo Gaeta
E-mail
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
São Paulo, 2021
Orientador
Banca examinadora
Gregory, Lilian (Presidente)
Huenuman, Nilton Erbet Lincopan
Jovane, Luigi
Ricotta, Erika Ganda
Rizzo, Huber
Título em português
Avaliação de bovinos expostos a alta concentração de metais pesados e sua relação com a mudança da microbiota intestinal, ruminal e respiratória e o desenvolvimento de resistência a antimicrobianos
Palavras-chave em português
Bovinos leiteiros
Metais pesados
Microbioma
Mineração
Resistência a antimicrobianos
Resumo em português
Casos de contaminação ambiental originados a partir de erros humanos estão ganhando cada vez mais espaço na mídia, alertando a todos quanto a fragilidade do meio ambiente perante os acontecimentos. Problemas técnicos e estruturais de barragens foram destaque na mídia nacional e internacional, ao qual geraram consequências inimagináveis tanto pela contaminação ambiental quanto pela morte de centenas pessoas no Estado de Minas Gerais, Brasil. Em 2015, o município mineiro de Mariana foi severamente acometido pelo vazamento de mais de 43 milhões de metros cúbicos de rejeito de minério de ferro devido ao rompimento da barragem do Fundão. A isso, o ambiente da região também sofre com o contínuo despejo de esgotos domésticos e agropecuários, contendo elementos nocivos ao equilíbrio ambiental. Os metais pesados podem, por vários mecanismos, desencadear a resistência a antibióticos e a modificação da microbiota, impactando na saúde dos animais e, consequentemente, na economia da região, além de ocasionar consequências negativas a saúde humana. O presente trabalho teve como objetivo estudar bovinos leiteiros criados na região de Mariana, Minas Gerais (impactada por resíduos tóxicos), quanto a saúde, ocorrência de resistência bacteriana aos antimicrobianos e as possíveis mudanças na microbiota desses animais. A água do rio também foi avaliada quanto a presença de metais pesados e bactérias resistentes a antimicrobianos. Cinquenta e oito fêmeas bovinas leiteiras foram estudadas, sendo 28 criadas em Mariana, Minas Gerais (F1) e 30 criadas em Caldas, Minas Gerais (local sem histórico de contaminação ambiental) (F2). Foram obtidas amostras de sangue total (para obtenção de soro), swab fecal e nasal profundo, líquido ruminal e água dos dois locais. Fez-se a avaliação física e do perfil renal e hepático dos animais, bem como da concentração de metais pesados no soro e na água utilizando a metodologia de fluorescência de raio-x. Estudou-se o microbioma e resistoma intestinal, ruminal e respiratório e, por fim, a presença de bactérias resistentes à antimicrobianos nas amostras de água. No momento da visita às propriedades, os animais não apresentavam nenhuma manifestação clínica decorrente de intoxicação por metais pesados. Houve detecção de arsênio e alumínio em animais de ambas regiões estudadas, em concentração abaixo do limite máximo seguro para a espécie. Quando ao metagenoma bovino, o microbioma e resistoma de F1 foi diferente de F2. A abundância relativa e prevalência de genes de resistência a antimicrobianos foi maior em F1 que em F2. As amostras de F1 apresentaram alta presença de genes de resistência a antibióticos, metais, biocidas e de multirresistência. A análise da água do rio indicou a presença de alumínio e ferro em concentrações consideradas abaixo do limite estabelecido pelos órgãos reguladores. O estudo microbiológico da água revelou inúmeras bactérias resistentes a antibióticos e metais pesados como arsênio e mercúrio e com a análise genética sugeriu-se a ocorrência da co-resistência. Sabendo que a contaminação por metais pesados afeta o microbioma e resistoma animal, a qualidade da água e o equilíbrio ambiental, ações ambientais em relação à mineração são necessárias e urgentes, como construção e manutenção adequadas de barragens, buscas por métodos de extração mineral menos danosos e com menor produção de rejeitos, adequado tratamento de rejeitos e avaliação continuada da presença e disseminação de genes de resistência. Essas ações são fundamentais para garantir a proteção ambiental, animal, e do sistema de produção de alimentos das consequências perigosas decorrentes do alto despejo de contaminantes.
Título em inglês
Evaluation of cattle exposed to high concentration of heavy metals and their relationship with changes in intestinal, ruminal and respiratory microbiota and the development of antimicrobial resistance
Palavras-chave em inglês
Antimicrobial resistance
Dairy cattle
Heavy metals
Microbiome
Mining
Resumo em inglês
Cases of environmental contamination originating from human errors are gaining more and more space in the media, alerting everyone to the fragility of the environment in the face of events. Technical and structural problems of dams were highlighted in the national and international media, which generated unimaginable consequences both for the environmental contamination and for the death of hundreds of people in the State of Minas Gerais, Brazil. In 2015, the mining municipality of Mariana was severely affected by the spill of over 43 million cubic meters of iron ore tailings due to the collapse of the Fundão dam. As a result, the region's environment also suffers from the continuous dumping of domestic and agricultural sewage, containing elements harmful to the environmental balance. Heavy metals can, by various mechanisms, trigger resistance to antibiotics and the modification of the microbiota, impacting the health of animals and, consequently, the economy of the region, in addition to causing negative consequences to human health. This study aimed to study dairy cattle raised in the region of Mariana, Minas Gerais (impacted by toxic waste), regarding health, the occurrence of bacterial resistance to antimicrobials, and possible changes in the microbiota of these animals. The river water was also evaluated for the presence of heavy metals and bacteria resistant to antimicrobials. Fourty-eight cattle females were studied, 28 raised in Mariana, Minas Gerais (F1), and 30 raised in Caldas, Minas Gerais (place without a history of environmental contamination) (F2). Samples of whole blood (to obtain serum), fecal and deep nasal swab, ruminal fluid, and water were obtained from both locations. The physical and renal and hepatic profiles of the animals were evaluated, as well as the concentration of heavy metals in serum and water using the x-ray fluorescence methodology. The intestinal, ruminal, and respiratory microbiome and resistome were studied and, finally, the presence of antimicrobial- resistant bacteria in the water samples. At the time of the visit to the properties, the animals did not show any clinical manifestation due to heavy metal poisoning. There was the detection of arsenic and aluminum in animals from both regions studied, in concentrations below the maximum safe limit for the species. As for the bovine metagenome, the F1 microbiome and resistome were different from F2. The relative abundance and prevalence of antimicrobial resistance genes were higher in F1 than in F2. F1 samples showed a high presence of antibiotics, metal, biocide, and multidrug resistance genes. The analysis of the river water indicated the presence of aluminum and iron in concentrations considered below the limit established by Organs regulatory agencies. The microbiological study of water revealed innumerable bacteria resistant to antibiotics and heavy metals such as arsenic and mercury and with genetic analysis, the occurrence of co-resistance was suggested. Knowing that heavy metal contamination affects the microbiome and animal resistome, water quality, and environmental balance, environmental actions concerning mining are necessary and urgent, such as adequate construction and maintenance of dams, searches for less harmful mineral extraction methods and with less production of tailings, adequate tailings treatment and continued evaluation of the presence and dissemination of resistance genes. These actions are fundamental to guarantee the environmental, animal, and food production system protection from the dangerous consequences resulting from the high dumping of contaminants.
 
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Data de Publicação
2022-04-04
 
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