PROBING ANTIBIOTIC RESIDUES AND RESISTANCE TRANSFER IN AQUATIC ENVIRONMENTS

Akvatiske økosystem er til en hver tid utsatt for påvirkning fra menneskelig aktivitet. En rekke skadelige stoffer kan forbli i miljøet over lengre tid og flere av disse, slik som rester av antibiotika, kan bidra til utvikling og spredning av antibiotikaresistens hos bakterier i miljøet. Antibiotikaresistens er en global utfordring, og en økning i resistens ses både hos patogene bakterier og hos bakterier i miljøet. Overforbruk av antibiotika er en pådriver for denne utviklingen ved at bakteriepopulasjoner utsettes for et selektivt press når antibiotika brukes i behandling av mennesker, husdyr og ved forurensing til miljøet. Utvikling av multiresistente sykdomsfremkallende bakterier er den største trusselen, som kan føre til at en rekke infeksjonssykdommer ikke lar seg behandle slik de gjør i dag. Prosjektet har som mål å bidra med økt kunnskap om bakterier og plasmider som bærer antibiotikaresistens-gener (ARG), konsentrasjonen av rester av antibiotika i ulike miljø, og å bedre forstå hvordan disse genene blir selektert for og spredd i miljøet. Prøver vil bli tatt fra grunnvann, overflatevann, avløpsvann, marine miljø i Nordsjøen og i Atlanterhavet – inkludert havner og anlegg for akvakultur. Prøver tas fra steder med antatt høy og lav eksponering for antibiotikarester (påvirket av menneskelig aktivitet). Både kulturbaserte og sekvensbaserte metoder vil benyttes for å identifisere resistensegenskaper. Overføring av plasmider med ARG analyseres ved å benytte indikatorbakteriene E. coli, Vibrio og Shewanella som mottakere. Rester av antibiotika i vann- og sedimentprøver fra ulike miljø kvantifiseres med LC-MS. Hypotesen er at vannets mikrobiota, rester av antibiotika, og tilstedeværelse av mottakerceller vil påvirke hvilke typer plasmider som overføres. Effekter av bruk av antibiotika på endringer i strukturen til mikrobielle samfunn i akvatiske miljø skal undersøkes i et lab-skala eksperimentelt oppsett i et resirkulerende akvakultur system (RAS). Vert-mikrobe-interaksjoner studeres for å se på hvordan bakteriers overlevelse og virulens eventuelt påvirkes av opptak av plasmider. Prosjektet vil med en bred prøvetakingsstrategi identifisere resistens-plasmider som sirkulerer i Europa og deres iboende egenskaper, som igjen kan gi grunnlag for tiltak som kan hindre spredning av disse. Siden oppstart har prosedyrer for prøveinnsamling, kultur- og sekvensbaserte metoder blitt harmonisert mellom partnere og prøvetaking er igangsatt hos alle. Prøver fra overflatevann, ubehandlet og behandlet avløpsvann fra urbane miljø i Norge har generert en samling av isolater av presumtive E. coli og Shewanella som skal brukes i videre studier av resistensegenskaper og horisontal genoverføring.

This project aims to improve our knowledge on presence of bacteria and plasmids with antibiotic resistance genes (ARG) and concentrations of antibiotic residues in various environments, and to better understand how they are selected for and spread in the environment. Sampling will include groundwater, surface water, wastewater, marine water environments in the North Sea and the Atlantic including ports, and aquaculture facilities. Samples will be collected from sites with high and low load of antibiotic residues. Culture- and sequencing methods will be used to identify ARG. Transfer of ARG plasmids will be analyzed using the indicator bacteria E. coli, Vibrio, and Shewanella as recipients. LC-MC will quantify the levels of different antibiotics. We hypothesize that local water microbiota, antibiotic residues, and recipients will affect the type of plasmids transferred. The consequences of antibiotic treatment with respect to changes in the community structure of water microbiota, will be tested experimentally by use of RAS microcosms. Effects on bacteria by acquired plasmids will be analyzed in experimental lab systems, to evaluate the effect on fitness and virulence of an animal host model with a shrimp (Artemia). The project will determine common ARG plasmids in Europe and their inherent properties as a fundament to prevent their dissemination.