Transferencia horizontal de genes de resistencia a antibióticos en un biorreactor de membrana

El incremento de los casos de resistencia a antibióticos en microorganismos se está convirtiendo en los últimos tiempos en un serio problema de salud. En general, las resistencias bacterianas están controladas por genes de resistencia a antibióticos (ARG) pero también pueden transferirse entre bacterias con diferencias taxonómicas y diferentes grupos ecológicos mediante elementos genéticos móviles que permiten esta situación. A lo largo de los años, se ha detectado en medios acuáticos casi todos los tipos de ARGs , codificando resistencias a muchos tipos de antibióticos, y en varios medios acuosos en los que se incluyen aguas residuales, aguas superficiales, subterráneas.. De esto se ha observado que las plantas de tratamiento de aguas residuales (WWTPs) reciben de forma directa ARGs  a través de los aguas procedentes de las alcantarillas que llegan a través de los sistemas de colectores de aguas residuales.

Han pasado 30 años desde que se estudió por primera vez la transferencia horizontal de plásmidos en fangos activos y aguas residuales, y desde entonces la diseminación de ARGs mediante plásmidos se ha conocido por darse en ambientes de aguas residuales.

Múltiples bacterias resistentes pueden esparcir  sus ARGs a cepas susceptibles de la misma especie u otras especies mediante diferentes mecanismos, generalmente por plásmidos R conjugantes. Además, la transferencia del plásmido RP4 puede ocurrir en fangos activos.

La gente actualmente está más preocupada por la crisis de agua que sufrimos, por lo que se espera  que los tratamientos de aguas residuales sean un método importante  para la reserva natural de fuentes dirigidas al ocio o incluso en el abastecimiento de agua potable. 

Comparados con los tratamientos de aguas residuales convencionales, se ha comprobado que la tecnología de los biorreactores de membrana (MBR) es más eficiente y comercialmente viable, en la que se aplica una degradación biológica del agua y una separación por membrana. Es más, este proceso está aumentando en popularidad  en tratamiento de aguas residuales de ámbito municipal e industrial. 

La transferencia de ARG ocurrirá en una MBR con aguas de alcantarillado, lo que podría  provocar la diseminación de la resistencia a antibióticos en fangos y el respectivo desarrollo de nuevas bacterias resistentes.

Además de esto, la mayoría de ARGs no pueden eliminarse a través de los procesos de tratamiento de aguas, sino que incluso pueden acumularse y ser liberados en el entorno con aportes y biosólidos descargados, generando riesgos en el ecosistema y amenazas para la salud.

Para ello, este estudio es el primero en investigar la disciplina de transferencia de ARGs en comunidades microbianas en un biorreactor de membranas .

En dicho estudio, se evaluó el perfil de la transferencia conjugativa mediada por plásmido RP4 en las poblaciones de bacterias autóctonas del fango activo en un biorreactor de membrana, incluyendo bacterias cultivables y no cultivables. Este resultado ayudará a observar la transferencia de ARGs en comunidades microbianas y a cuantificar la abundancia de ARGs, para ampliar conocimientos sobre su diseminación en un biorreactor de membrana y evaluar el rendimiento de dicho biorreactor.

Para el experimento de conjugación en el biorreactor de membrana se usó E. coli K12 como cepa donante, con el plásmido RP4 , ya que posee una gran variedad de huéspedes, genes capaces de conferir resistencia a determinados antibióticos.

1.       Primero se aplicó un experimento de autocontrol donde pasaron 20 días con el biorreactor en estado estacionario y posteriormente se inoculó la cepa.

2.       Después se realizaron muestras cada 24 h para usar en conteo de placas y extracción de ADN.

3.  Posteriormente, se detectó el número de transconjugantes que obtuvieron RP4 por transferencia, y posteriormente se pasó a identificarlos mediante el sistema Sherlock de MIDI, diferenciándolos por los ácidos grasos específicos de cada género y comparando en bibliotecas microbianas.

Los resultados más concluyentes e importantes para la hipótesis del estudio fueron los siguientes:

-          Efecto de la estirpe donante en el MBR: Se observó una disminución en la eliminación de nitrógeno amoniacal y DQO (Demanda Química de Oxígeno), ambos parámetros indicadores de la calidad del agua. Esta disminución queda representada en la Figura 2.

-           Transferencia de RP4 a las bacterias cultivables: Se observó que efectivamente el plásmido RP4 se transfería a bacterias cultivables y de éstas a las no cultivables por transferencia horizontal en el biorreactor. Se identificaron 20 especies en los transconjugantes, 

-  Diseminación del plásmido RP4 en microcosmos de fangos activos: Se observó una disminución de RP4 ya que había pasado a las bacterias no cultivables. 

Como conclusión, se pudo afirmar mediante el experimento la gran tasa de transferencia del plásmido RP4 por transferencia horizontal, y, por tanto, el peligro que supone la diseminación de ARGs en biorreactores, propensos a este fenómeno por sus características.

En el futuro, se deberían centrar las investigaciones en la propagación de ARGs en los biorreactores de membrana, para así poder mejorar esta tecnología y evitar la diseminación de estos genes, evitando peligros de salud pública.

Artículo:

Horizontal transfer of antibiotic resistance genes in a membrane bioreactor

Dong Yang, Jingfeng Wang, Zhigang Qiu, Min Jin, Zhiqiang Shen, Zhaoli Chen,Xinwei Wang, Bin Zhang, Jun-Wen Li
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/23942379

Trabajo realizado por:

Alfonso Gallego Rocamora
Francisco Rodríguez Lozano
Jose Antonio Guillén Sevilla
Abel Lidón Soto
Eduardo Fulleda López