Characterization of multidrug-resistant pathogens in Finnish wastewater | Mikrobilääkeresistenttien taudinaiheuttajien karakterisointi suomalaisesta jätevedestä

The rise of antimicrobial resistance (AMR) is a global threat to human and animal health, the economy and United Nations’ Sustainable Development Goals. One potential way to monitor the levels of AMR bacteria is by wastewater-based surveillance. The aim of this thesis was to characterize multidrug-resistant bacteria isolated from 90 wastewater samples from ten Finnish cities between February 2022 and March 2023. A total of 186 carbapenemase-producing isolates, Acinetobacter baumannii, Citrobacter freundii, Klebsiella pneumoniae, Escherichia coli and Enterobacter cloacae, were screened for five of the most common carbapenemase-encoding genes by PCR. Methicillin-resistant Staphylococcus aureus (MRSA) isolates (n=7) were characterized by their spa types and Enterococcus faecium isolates (n=17) were characterized for their phenotypical antimicrobial susceptibility profiles. A total of 68% (126 out of 186) of isolates carried some of the tested carbapenemase-encoding genes. None of the isolates were positive for more than one studied resistance gene. Among the five screened genes the most prevalent were blaKPC (n=76; 41%), blaOXA-48-like (n=27; 15%) and blaNDM (n=19; 10%). A part of the isolates (n=60; 32%) tested negative for all carbapenemase genes. Detected MRSA spa types were t304, t026, t002 (each n=2; 29%) and t1339 (n=; 14%). All tested E. faecium isolates showed resistance to vancomycin and erythromycin, and most showed reduced susceptibility also to quinupristin/dalfopristin, ciprofloxacin and ampicillin. In conclusion, most of the carbapenemase-producing isolates carried the three most common carbapenemase-encoding genes present in clinical samples in Finland. One-third of the isolates did not carry any of the genes studied, and whole-genome sequencing would be useful method to study the resistance mechanisms in more detail. Moreover, spa types t304 and t002 are of clinical significance in Finland.

Mikrobilääkeresistenssin yleistyminen uhkaa maailmanlaajuisesti ihmisten ja eläinten terveyttä, taloutta sekä Yhdistyneiden Kansakuntien kestävän kehityksen tavoitteita. Jätevesitutkimus on yksi potentiaalinen tapa seurata resistenttien bakteerien yleisyyttä. Tämän tutkielman tavoitteena oli tutkia antibioottiresistenttejä bakteereja, jotka eristettiin yhteensä 90 jätevesinäytteestä, jotka otettiin helmikuusta 2022 maaliskuuhun 2023 kymmenestä eri suomalaisesta kaupungista. Yhteensä 186 karbapenemaasia tuottavaa isolaattia (Acinetobacter baumannii, Citrobacter freundii, Klebsiella pneumoniae, Escherichia coli ja Enterobacter cloacae) seulottiin PCR:llä viisi yleisintä karbapenemaasia koodaavaa geeniä. Metisilliiniresistenttien Staphylococcus aureus -isolaattien (MRSA) (n=7) spa-tyypit selvitettiin sekä Enterococcus faecium -isolaattien (n=17) fenotyyppiset antibioottiresistenssiprofiilit määritettiin. Yhteensä 68 % isolaateista (126/186) kantoi jotakin testatuista karbapenemaasia koodaavista geeneistä. Yksikään isolaateista ei ollut positiivinen useammalle kuin yhdelle tutkitulle resistenssigeenille. Seulotuista geeneistä yleisimmät olivat blaKPC (n=76; 41 %), blaOXA-48-like (n=27; 15 %) ja blaNDM (n=19; 10 %). Osa isolaateista (n=60; 32 %) ei kantanut mitään testattua geeniä. Havaitut MRSA:n spa-tyypit olivat t304, t026, t002 (kukin n=2; 29 %) ja t1339 (n=1; 14 %). Kaikki testatut E. faecium -isolaatit osoittivat resistenssiä vankomysiinille ja erytromysiinille, ja useimmat isolaatit osoittivat alentunutta herkkyyttä myös kinupristiinille/dalfopristiinille, siprofloksaksiinille ja ampisilliinille. Yhteenvetona voidaan todeta, että useimmat karbapenemaasia tuottavat isolaatit kantoivat kolmea yleisintä Suomessa kliinisissä näytteissä esiintyvää karbapenemaasia koodaavaa geeniä. Kolmasosa isolaateista ei kantanut mitään tutkituista geeneistä, joten kokogenomin sekvensointi olisi hyödyllinen menetelmä resistenssimekanismien tarkempaan tutkimiseen. Lisäksi spa-tyypeillä t304 ja t002 on kliinistä merkitystä Suomessa.