Antibiotikaresistens och den yttre miljön D. G. Joakim Larsson, Professor in Environmental Pharmacology Director, Centre for Antibiotic Resistance Research at University of Gothenburg (CARe) Department of Infectious Diseases, Institute for Biomedicine The Sahlgrenska Academy at the University of Gothenburg E-mail: Personal website: CARe website: Picture by M Kumar, Associated Press joakim.larsson@fysiologi.gu.se http://www.biomedicine.gu.se/joakimlarsson www.care.gu.se Miljöns roll för antibiotikaresistens: 1. Spridning 1
Förorenat vatten sprider resistanta bakterier Photo: Reuters/D Boylan Walsh et al, Lancet Infect Dis 2011 Fåglar sprider resistenta bakterier (nästan) överallt Sjöund et al. Emerging Infectious Diseases 2008, 14: 70-72. 2
Luft en möjlig källa för spridning? Pal C, Bengtsson-Palme J, Kristiansson E, Larsson DGJ. (2016). The structure and diversity of human,animal and environmental resistomes. Microbiome 4:54 AWARE-WWTP Antibiotic Resistance in Wastewater: Transmission Risks for Employees and Residents around Waste Water Treatment Plants 3
Miljöns roll för antibiotikaresistens: 2. Uppkomst Antibiotikaresistens - ingen nytt fenomen i miljön vanx bla tetm Nature (2011) 477:457-61 4
Resistens i ofarliga bakterier Resistens i patogener Det räcker att detta sker en enstaka gång! Uppkomst av resistens gynnas av selektionstryck från antibiotika Slide courtesy: Gerry Wright Antibakteriella biocider och metaller kan också selektera för antibiotikaresistenta bakterier genom indirekt co-selektion 5
Låga koncentrationer av antibiotika kan ha potential att selektera för resistens Bild borttagen Gullberg E, Cao S, Berg OG, Ilbäck C, Sandegren L, et al. 2011 Selection of Resistant Bacteria at Very Low Antibiotic Concentrations. PLoS Pathog 7(7): e1002158. doi:10.1371/journal.ppat.1002158 Låga koncetrationer av tetracyklin kan selektera för resistens i komplexa akvatiska bakteriesamhällen Lundström et. al Sci Total Environ. 2016 May 15;553:587-95 6
Tetracyklin inducerar även plasmidöverföring vid 10 µg/l (150 gånger lägre än MIC) 1 10-5 * * 8 10-6 6 10-6 4 10-6 2 10-6 0 0 1 10 100 Tetracycline (µg/l) 1000 10000 Jutkina et. al Sci Total Environ. 2016 Apr 1;548-549:131-8 Resistens i ofarliga bakterier Resistens i patogener Var sker dessa kritiska överföringar? 7
Foto på planeten jorden borttagen 8
OBS: korrelation mellan förekomst av resistens och antibiotika betyder inte att selektion skett i miljön Industri Djurhållning Antibiotika-koncentrationer som ofta hittas i olika typer av miljöer: STPs EU vattendrag pg/l ng/l µg/l mg/l 9
Antibiotika-koncentrationer in tre svenska reningsverk i relation till predikterade minsta selektiva koncentration (MSC) 1 Bengtsson-Palme et al (2016). Elucidating selection processes for antibiotic resistance in sewage treatment plants using metagenomics. Science of the Total Environment. 572:697 712 Bengtsson-Palme J, Larsson DGJ. (2015). Concentrations of antibiotics predicted to select for resistant bacteria: Proposed limits for environmental regulation. Environment International. 86:140-149. Minskad relativ förekomst av resistensgener efter rening Influent relative abundance (per 16S) * * * * * * * * * * * * * * * * * * Bengtsson-Palme et al (2016). Elucidating selection processes for antibiotic resistance in sewage treatment plants using metagenomics. Science of the Total Environment. 572:697 712 10
Tydliga bevis för selektion saknas fortfarande Industri Djurhållning Antibiotika-koncentrationer som ofta hittas i olika typer av miljöer: STPs EU vattendrag pg/l ng/l µg/l mg/l Patancheru, Indien Ett av flera centra för API produktion till hela världen Photo: C. de Pedro (2006) 11
30 mg/l ciprofloxacin 30 ng/l ciprofloxacin Larsson DGJ, de Pedro C, Paxeus N. 2007. Effluent from drug manufactures contains extremely high levels of pharmaceuticals. J Haz Mat. 148 (3), 751-755 44 kg ciprofloxacin på en dag! Sveriges dagskonsumtion= 9kg! 1 g/kg i flodsediment! Kristiansson E, Fick J, Janzon A, Grabic R, Rutgersson C, Weidegård B, Larsson DGJ. PLoS ONE, 2011 6(2): e17038 Larsson DGJ, de Pedro C, Paxeus N. 2007. Effluent from drug manufactures contains extremely high levels of pharmaceuticals. J Haz Mat. 148 (3), 751-755 12
Ytvatten och dricksvatten kraftigt förorenat med antibiotika och andra läkemedel J Fick, H Söderström, RH Lindberg, Chau DNP, M Tysklind, DGJ Larsson 2009. Contamination of surface, ground, and drinking water from pharmaceutical production. Environmental Toxicology & Chemistry 28:2522 2527 Exceptionellt multiresistenta bakterier i reningsverket Marathe NP, Regina VR, Walujkar SA, Charan SS, Moore ERB, Charan SS, Moore ERB, Larsson DGJ, Shouche YS. (2013) A Treatment Plant Receiving Waste Water from Multiple Bulk Drug Manufacturers Is a Reservoir for Highly Multi-Drug Resistant Integron-Bearing Bacteria. PLoS ONE 8(10): e77310. Johnning A, Moore ERB, Svensson-Stadler L, Shouche YS, Larsson DGJ, Kristiansson E. (2013) The acquired genetic mechanisms of a multi-resistant bacterium isolated from a treatment plant receiving wastewater from antibiotic production. Appl. Environ. Microbiol., 79(23):7256. 13
Resistenta bakterier i miljöer förorenade av antibiotika genom utsläpp från tillverkning 100 90 80 % resistant bacteria 70 60 50 40 30 CIP 2 µg/ml SMX 100 µg/ml 20 10 0 Flach CF, Johnning A, Nilsson I, Smalla K, Kristiansson E, Larsson DGJ. (2015) Isolation of novel IncA/C and IncN fluoroquinolone resistance plasmids from an antibiotic-polluted lake. Journal of Antimicrobial Chemotherapy. doi: 10.1093/jac/dkv167 Inga andra miljöer har fler resistensgener Pal et al. Microbiome (2016) 4:54 14
Nya resistensplasmider från en antibiotikakontaminerad sjö kan lätt föras över till E.coli! CIP-TC 31 Flach CF, Johnning A, Nilsson I, Smalla K, Kristiansson E, Larsson DGJ. (2015) Isolation of novel IncA/C and IncN fluoroquinolone resistance plasmids from an antibiotic-polluted lake. Journal of Antimicrobial Chemotherapy. doi: 10.1093/jac/dkv167 Fekalieutsläpp = resistensspridning Användning av antibiotika till människor och djur leder till exkretion och utsläpp till miljön. De relativt låga halter som hittas kanske selekterar för resistens, men ännu saknas klara bevis. Utsläpp från tillverkningen kan vara mycket, mycket högre! Selektion för multiresistenta bakterier En mångfald av resistensgener anrikas Resistens överförs relativt lätt till patogener Den yttre miljön är en källa för resistensgener 15
we argue that risks are greatest in those cases in which the mobilized resistance gene has not yet been detected in pathogenic bacteria.. Online 27th April 2015 Tack för att ni lyssnat! E-mail: Personal website: CARe website: joakim.larsson@fysiologi.gu.se http://www.biomedicine.gu.se/joakimlarsson www.care.gu.se 16
17