An Investigation of Antibiotic Resistance and Extended Spectrum Beta-Lactamase Presence in Escherichia coli Strains Isolated from Drinking Water Collected from Gümüşhane Province

Abstract

Waterborne infections are important causes of morbidity and mortality worldwide. Drinking water that adheres to the bacterial standards at the water treatment plant output, may be contaminated during distribution and an increase in bacterial count may occur. The use of antimicrobial agents in animal husbandry and agriculture in addition to the uses in humans, contributes to the emergence of antimicrobial resistant microorganisms and their transmission to nature, especially to water and soil. The aim of this study was to determine the resistance of E.coli isolates isolated from drinking water and brought to the Public Health Laboratory of Gümüşhane province for control and follow-up analysis. The study included 50 E.coli isolates isolated from the water samples collected from the samples taken from the province of Gümüşhane and its surroudings from June to September 2016. The samples were drained by membrane filtration method and cultured on Chromogenic Coliform Agar (CCA-sartorius, Almanya) and incubated at 36 ± 2 °C for 21 ± 3 hours. The isolated E.coli strains were confirmed as described in the standard and the resistance of the strains to 13 antibiotics, which were frequently used in clinical treatment, were tested by disc diffusion method and the presence of extended spectrum beta-lactamase (ESBL) was investigated. At the end of the study, 38 of the E.coli isolates were susceptible to all tested antibiotics, while 12 of them were resistant or intermediate to various antibiotics. The isolates were 16 % resistant, 6 % intermediate to cefoxitine; 2 % resistant to cefepime; 2 % resistant to ceftazidime; 2 % resistant, 2 % intermediate to ampicillin sulbactam; 2 % resistant to piperacillin; 2 % resistant, 6 % intermediate to cefuroxime. There was no resistance to trimethoprim/sulfamethoxazole, ertapenem, ampicillin, gentamicin and amikacin, and no ESBL presence. This study showed fecal contamination in drinking water, because E.coli isolates, which are the indicator of fecal contamination were detected in drinking water. However, in terms of antimicrobial resistance in E.coli isolates, it suggested that the problem was not at threatening levels for the public.

Gümüşhane İli İçme Sularından İzole Edilen Escherichia coli İzolatlarında Antibiyotik Direnci ve Genişlemiş Spektrumlu Beta-Laktamaz Varlığının Araştırılması

Abstract

Su kaynaklı enfeksiyonlar dünya çapında önemli bir morbidite ve mortalite nedenidir. Arıtma tesisi çıkışında bakteriyel standartları sağlayan içme suyu, dağıtımı sırasında kirlenebilmekte ve bakteri sayısında artış meydana gelebilmektedir. Antimikrobiyal ajanların insanlardaki kullanım alanları dışında, hayvan yetiştiriciliği ile tarımda da kullanılması, antimikrobiyal dirençli mikroorganizmaların ortaya çıkmasına ve bunların doğaya özellikle su ve toprağa bulaşmasına katkıda bulunmaktadır. Bu çalışmada Gümüşhane ili Halk Sağlığı Laboratuvarı’na kontrol izleme analizleri için getirilen içme sularından izole edilen Escherichia coli izolatlarında toplumda yaygın olarak kullanılan antibiyotiklere karşı direnç paterninin araştırılması amaçlanmıştır. Çalışmaya 2016 yılı Haziran-Eylül ayları arasında, Gümüşhane ili ve çevresinden numune alma koşullarına uygun olarak alınan ve laboratuvara getirilen su örneklerinden izole edilen 50 adet E.coli izolatı dahil edilmiştir. Örnekler membran filtrasyon yöntemi ile süzüldükten sonra Chromogenic Coliform Agar (CCA-sartorius, Almanya) besiyerine ekim yapılmış ve 36±2 °C’de 21±3 saat inkübasyona bırakılmıştır. Buradan izole edilen E.coli suşları standartta belirtildiği şekilde doğrulamaya alındıktan sonra suşların disk difüzyon yöntemi ile klinik tedavide sıklıkla kullanılan 13 adet antibiyotiğe karşı direnci test edilmiş ve genişlemiş spektrumlu betalaktamaz (GSBL) varlığı araştırılmıştır. Çalışma sonunda E.coli izolatlarının 38’i test edilen tüm antibiyotiklere karşı duyarlı bulunurken, 12’si çeşitli antibiyotiklere dirençli ya da orta duyarlı bulunmuştur. İzolatlar sefoksitine % 16 dirençli, % 6 orta duyarlı; sefepime % 2 dirençli; seftazidime % 2 dirençli; ampisilin sulbaktama % 2 dirençli, % 2 orta duyarlı; piperasiline % 2 dirençli; sefuroksime % 2 dirençli, % 6 orta duyarlı bulunmuştur. Trimetoprim/sülfametoksazol, ertapenem, ampisilin, gentamisin ve amikasine karşı herhangi bir dirence ve GSBL varlığına rastlanılmamıştır. Bu çalışma, içme suyunda fekal kirlilik indikatörü olan E.coli izolatlarının bulunması içme suyunda fekal bir bulaşın olduğunu gösterirken, üreyen E.coli izolatlarında antibiyotiklere direnç yönünden bu bölgede halk sağlığını tehdit edecek boyutta olmadığını düşündürmüştür.

Keywords

• antibiyotik direnci
• Escherichia coli
• içme suyu

References

1. Akkan T, Kaya A, Dinçer S. Hastane atık sularıyla kontamine edilen deniz suyundan izole edilen Gram negatif bakterilerin sefalosporin grubu antibiyotiklere karşı direnç düzeyleri. Türk Mikrobiyol Cem Derg. 2011;41(1):18-21.
2. Aktürk S, Matyar F, Dinçer S. Adana-Tufanbeyli yol hattındaki çeşme sularından izole edilen Gram negatif bakterilerin antibiyotik dirençlerinin incelenmesi. Türk Mikrobiyol Cem Derg. 2010;40(1):54-9.
3. Chen Z, Yu D, He S, et al. Prevalence of antibioticresistant Escherichia coli in drinking water sources in Hangzhou City. Front Microbiol. 2017;16:(8):1133. https://doi.org/10.3389/fmicb.2017.01133
4. Clinical and Laboratory Standards Institute. Performance standards for antimicrobial susceptibility testing. Twenty-first Informational Supplement. CLSI Document M100-S21, CLSI, Wayne, PA. (2014).
5. Dikbaş N, Kotan R, Dadaşoğlu F. İçme sularından izole edilen bakterilerin tanısı ve yağ asidi metil esterleri il antibiyotik duyarlılıkları arasındaki ilişkinin belirlenmesi. The Journal of Food. 2009;34(4):225-30.
6. Edberg SC, Rice EW, Karlin RJ, et al. Escherichia coli: the best biological drinking water indicator for public health protection. Symp Ser Soc Appl Microbiol. 2000;(29):106-16. https://doi.org/10.1111/j.1365-2672.2000.tb05338.x
7. Efuntoye MO, Apanpa MO. Status of contamination and antibiotic resistance of bacteria from well water in Ago- Iwoye, Nigeria. J Appl Biosci. 2010;35:2244-50.
8. Hirscha R, Ternesa T, Haberera K, et al. Occurrence of antibiotics in the aquatic environment. Sci Total Environ. 1999;109:118. https://doi.org/10.1016/S0048-9697(98)00337-4

9. Karayakar F, Ay Ö, Cicik B. Mersin kıyı şeridinden alınan su örneklerinden izole edilen Escherichia coli suşlarının bazı antibiyotiklere karşı plasmid kökenli dirençliliğin saptanması. Eko Çev Kor. 2004;13(52):28-32.
10. Lyimo B, Buza J, Subbiah M, et al. Comparison of antibiotic resistant Escherichia coli obtained from drinking water sources in northern Tanzania: a cross-sectional study. BMC Microbiol. 2016;16(1):254. https://doi.org/10.1186/s12866-016-0870-9
11. Özaslan A. Adana içme suyunda fekal koliform düzeyinin belirlenmesi ve antibiyotik dirençlilik frekansı. Çukurova Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Biyoteknoloji Anabilim Dalı, Yüksek lisans tezi, Adana (2009).
12. Özgumus OB, Celik-Sevim E, Alpay-Karaoglu S, et al. Molecular characterization of antibiotic resistant Escherichia coli strains isolated from tap and spring waters in a coastal region in Turkey. J Microb (Seoul, Korea). 2007;45(5):379-87.
13. Patoli AA, Patoli BB, Mehraj V. High prevalence of multidrug resistant E.coli in drinking water sample from Hyderabad. Gomal J Med Sci. 2010;8(1):23-6.
14. Reinthaler FF, Posch J, Feierl G, et al. Antibiotic resistance of E.coli in sewage and sludge. Water Res. 2003;37(8):1685-90. https://doi.org/10.1016/S0043-1354(02)00569-9
15. The European Committee on Antimicrobial Susceptibility Testing. Breakpoint tables for interpretation of MICs and zone diameters. Version 1.3, January 5, (2014).
16. Türk Standardları Enstitüsü, TS EN ISO 9308-1. Su kalitesi E.coli ve koliform bakterilerin tespiti ve sayımı, Aralık (2014).
17. Vural HC, Akçin A. İzmit körfezinden izole edilen Escherichia coli’lerde R plazmidlerine bağlı “bulaşıcı tipte antibiyotik direnç özelliğinin’ belirlenmesi. Kafkas Univ Vet Fak Derg. 2011;17(Suppl A):23-30.
18. Yang S, Carlson K. Evolution of antibiotic occurrence in a river through pristine, urban and agricultural landscapes. Water Res. 2003;37(19):4645-56. https://doi.org/10.1016/S0043-1354(03)00399-3
19. Wang C, Gu X, Zhang S, et al. Characterization of antibiotic-resistance Escherichia coli isolates from a lake. Arch Environ Contam Toxicol. 2013;65(4):635-41. https://doi.org/10.1007/s00244-013-9932-2