Date of Award

6-2023

Document Type

Thesis

Degree Name

Master of Science in Molecular Biology and Biotechnology

Department

Biology

First Advisor

Dr. Sunil Mundra

Abstract

Antimicrobial resistance poses an imminent global threat to public health, with multidrug-resistant (MDR) bacteria being particularly worrisome due to their resistance to multiple antibiotics. Hospital wastewater has been identified as a potential source of MDR bacteria and antibiotic-resistant genes (ARGs). This study aimed to investigate MDR bacteria's prevalence, diversity, and genomic potential in hospital wastewater samples collected from three different hospitals in the UAE. Samples were processed for culturing antibiotic-resistant bacteria using different HiCrome™ chromogenic media to screen for ESBL-producing, Vancomycin, Carbapenem, colistin, and Methicillin-resistant bacteria. The isolates were characterized using VITEk2 antibiotic profiling and identified using 16S rRNA sequencing followed by whole genome sequencing (WGS) of selected isolates. The results showed that 63 bacterial isolates were obtained, with 90% being Gram-negative and 10% being Gram-positive bacteria. The phylum Proteobacteria was the most prevalent, with the genus Aeromonas being the most abundant, accounting for 38.09% of the isolates, followed by Escherichia (14.28%), Enterococcus and Serratia (each 9.52%). Phylogenetic analyses displayed two distinct clusters of all the isolates, indicating a close evolutionary relationship of bacteria. The VITEK2 analyses showed that among the Gram-negative bacteria, the highest percentage of resistance was observed for ampicillin (49.12%), followed by fosfomycin (43.85%) and nitrofurantoin (21.05%).

In contrast, Gram-positive bacteria showed resistance against clindamycin, quinupristin/dalfopristin, and tetracycline (83.33%). The abundance of MDR bacteria varied among the three hospitals, with Hospital 3 exhibiting a significantly highest prevalence (25.4%) compared to other hospitals. Using WGS analyses, a 98% complete genome (5936 bp) of Escherichia coli was recovered using 131 contigs with 51% GC content. Further analyses revealed the presence of various ARGs, including those conferring resistance to quinolone/fluoroquinolone (gyrA, parC, qnrS1) and macrolides (mph(E), msr(E)). These findings highlight the potential of hospital wastewater as a reservoir for MDR bacteria and ARGs, emphasizing the importance of effective management and control measures to prevent the spread of antibiotic resistance. In conclusion, this study provides valuable insights into the prevalence and diversity of MDR bacteria and ARGs in hospital wastewater of UAE. The findings underscore the need for continued surveillance and intervention efforts to mitigate the emergence and spread of antibiotic resistance in healthcare settings, thus enabling the implementation of appropriate strategies to combat antimicrobial resistance.

Arabic Abstract


الفرز والتوصيف الجينومي للبكتيريا متعددة المقاومة للمضادات الحيوية من مياه الصرف الصحي للمستشفيات

تشكل مقاومة مضادات الميكروبات تهديدًا عالميًا وشيكًا على الصحة العامة ، حيث تثير البكتيريا المقاومة للأدوية المتعددة (MDR) القلق بشكل خاص بسبب مقاومتها للمضادات الحيوية المتعددة. تم تحديد مياه الصرف الصحي بالمستشفى كمصدر محتمل للبكتيريا المقاومة للأدوية المتعددة والجينات المقاومة للمضادات الحيوية (ARGs). هدفت هذه الدراسة إلى التحقيق في انتشار وتنوع وإمكانات الجينوم لبكتيريا MDR في عينات مياه الصرف الصحي بالمستشفيات التي تم جمعها من ثلاثة مستشفيات مختلفة من دولة الإمارات العربية المتحدة. تمت معالجة العينات لاستنبات البكتيريا المقاومة للمضادات الحيوية باستخدام وسائط مختلفة HiCrome لفحص البكتيريا المنتجة لـ ESBLوالفانكومايسين والكاربابينيم والكوليستين والميثيسيلين. تم تمييز العزلات باستخدام توصيف المضادات الحيوية VITEk2 وتم تحديدها باستخدام تسلسل 16srRNA متبوعًا بتسلسل الجينوم الكامل (WGS) للعزلات المختارة. أظهرت النتائج الحصول على 63 عزلة بكتيرية، 90٪ سالبة الجرام و 10٪ بكتريا موجبة الجرام. كانت فصيلة البروتيوبكتريا هي الأكثر انتشارًا، وكان جنس Aeromonas هو الأكثر وفرة، حيث يمثل 38.09٪ من العزلات، تليها Escherichia (14.28%)، Enterococcus، Serratia (9.52% لكل منهما). أظهرت تحليلات علم الوراثة مجموعتين متميزتين من جميع العزلات، مما يشير إلى علاقة تطورية وثيقة للبكتيريا. أظهرت تحليلات VITEK2 أنه من بين البكتيريا سالبة الجرام، لوحظت أعلى نسبة مقاومة للأمبيسيلين (49.12%)، يليه الفوسفوميسين (43.85%) والنتروفورانتوين (21.05%).

بينما أظهرت البكتيريا موجبة الجرام مقاومة ضد الكليندامايسين. كينوبريستين / دالفوبريستين وتتراسيكلين (83.33%) تباينت وفرة بكتيريا MDR بين المستشفيات الثلاثة، حيث أظهر المستشفى 3 أعلى معدل انتشار (25.4%) مقارنة بالمستشفيات الأخرى. باستخدام تحليلات WGS، تم استرداد 98٪ من الجينوم الكامل (5936 نقطة أساس) من Escherichia coli باستخدام contigs 131 مع 51٪ من محتوى GC. كشفت التحليلات الإضافية عن وجود جينات لمقاومة المضادات الحيوية المختلفة، بما في ذلك تلك التي تمنح مقاومة للكينولون /الفلوروكينولون (gyrA، parC، qnrS1) والماكروليدات (mph (E)، msr (E)).تسلط هذه النتائج الضوء على إمكانات مياه الصرف الصحي بالمستشفى كمستودع لبكتيريا المقاومة للأدوية المتعددة والجينات المقاومة للمضادات الحيوية، مع التأكيد على أهمية تدابير الإدارة والسيطرة الفعالة لمنع انتشار مقاومة المضادات الحيوية. في الختام، تقدم هذه الدراسة رؤى قيمة حول انتشار وتنوع بكتيريا المقاومة للأدوية المتعددة والجينات المقاومة للمضادات الحيوية في مياه الصرف الصحي بالمستشفيات في دولة الإمارات العربية المتحدة. تؤكد النتائج على الحاجة إلى استمرار جهود المراقبة والتدخل للتخفيف من ظهور وانتشار مقاومة المضادات الحيوية في أماكن الرعاية الصحية، وبالتالي تمكين تنفيذ الاستراتيجيات المناسبة لمكافحة مقاومة مضادات الميكروبات.

Download
COinS