Resistance to macrolide antibiotics: comparison of resistance mechanism between enviromental and hospital pathogens

Rezistencija bakterija na antibiotike je jedan od vodećih problema današnje medicine, a smatra se da okoliš zagađen antibioticima pridonosi ovom problemu. Cilj ovog diplomskog rada bio je usporediti mehanizme rezistencije na makrolidne antibiotike između skupine bakterijskih izolata porijeklom iz okoliša zagađenog makrolidima i skupine koju čine relevantni bakterijski patogeni (streptokoki i stafilokoki) iz hrvatskih bolnica. Sekvenciranjem umnoženog 16S rRNA gena utvrđena je veća raznolikost okolišnih bakterijskih izolata s lokacije ispusta industrijskih otpadnih voda u odnosu na uzvodnu lokaciju što upućuje na mogući unos bakterija putem otpadne vode i/ili selekciju bakterija iz sedimenta kao odgovor na visok selektivni pritisak makrolida. PCR detekcija gena za makrolidnu rezistenciju pokazala je da je u izolatima s lokacije ispusta došlo do povećanja zastupljenosti tri mehanizma rezistencije posredovana metiltransferazama (većinom geni ermB i ermF), zaštitnim proteinima ribosoma (uglavnom gen msrE) i fosfotransferazama (gen mphE) u usporedbi sa izolatima sa uzvodne (kontrolne) lokacije. Među analiziranim kliničkim izolatima najzastupljeniji mehanizam uključuje efluks pumpe, a slično kao u izolatima s lokacije ispusta, preostala dva dominantna mehanizma uključuju metiltransferaze i zaštitne proteine ribosoma. Iako je većinu analiziranih izolata odlikovao jedan mehanizam rezistencije na makrolide, u okolišnih izolata sa zagađene lokacije i kliničkih izolata zamijećena je pojava višestrukih mehanizama rezistencije kao jedan od načina prilagodbe i preživljavanja bakterija u okolišu s visokim koncentracijama antibiotika. Utvrđena visoka sličnost nukleotidnih sekvenci gena ermB koji je dominirao među izolatima iz zagađenog sedimenta i bolnica ukazuje na mogućnost širenja ovog gena izvan okoliša.Antibiotic resistance is one of the leading medical problems and it is believed that the environment contaminated with antibiotics contributes to this problem. The aim of this master thesis was to compare the mechanisms of resistance to macrolide antibiotics between bacterial isolates originating from the environment polluted with macrolides and clinically relevant bacterial pathogens (streptococci and staphylococci) from Croatian hospitals. 16S rRNA gene sequencing revealed higher diversity of environmental isolates originating from the discharge site of industrial wastewaters compared to the upstream (control) site, possibly due to input of wastewater bacteria and / or selection of bacteria from the sediment in response to the high selective pressure of macrolides. PCR detection of genes for macrolide resistance showed prevalence of three resistance mechanisms in isolates from the discharge site, which are mediated by ribosomal methyltransferases (mostly ermB and ermF genes), ribosomal protective proteins (mainly msrE gene) and macrolide phosphotransferases (mphE gene) compared to the isolates from the upstream site. Among the analyzed clinical isolates, the most common mechanism was efflux pumps, and similar to the isolates from the discharge site, other two dominant mechanisms included ribosomal methyltransferases and ribosomal protective proteins. Although most isolates had one mechanism of resistance to macrolides, environmental isolates from polluted site and clinical isolates possessed multiple resistance mechanisms possibly as the way of adaptation and survival of the bacteria in the environment with high concentrations of antibiotics. High similarity of nucleotide sequences of ermB gene between environmental isolates from polluted site and clinical isolates indicates the possibility of spreading of this gene outside the environment