A case study on pharmaceutical residues and antimicrobial resistance genes in Costa Rican rivers : a possible route of contamination for feline and other species

Abstract

In this investigation, the presence of antibiotics and pharmaceuticals in Costa Rican surface waters, specifically in regions near feline habitats, was examined. The study revealed that 47% of the water samples contained detectable traces of at least one antibiotic. Ciprofloxacin and norfloxacin were the most frequently detected compounds, each with a detection rate of 27%. Other antibiotics, such as erythromycin, roxithromycin, and trimethoprim, were also found but at lower frequencies, around 14%. Notably, all antibiotic concentrations remained below 10 ng/L, with ciprofloxacin, norfloxacin, and erythromycin showing the highest concentrations. Furthermore, the investigation revealed the presence of non-antibiotic pharmaceutical residues in the water samples, typically at concentrations below 64 ng/L. Tramadol was the most frequently detected compound, present in 18% of the samples. The highest concentrations were observed for acetaminophen and tramadol, measuring 64 and 10 ng/L, respectively. Comparing these findings with studies conducted in treated wastewater and urban rivers, it became evident that the concentrations of antibiotics and pharmaceuticals were notably lower in this study. While previous research reported higher values, the limited number of studies conducted in protected areas raises concerns about the potential environmental impact on biodiversity. In summary, these results emphasize the importance of monitoring pharmaceutical residues and antimicrobial resistance genes ARGs in vulnerable ecosystems, especially those in close proximity to feline habitats in Costa Rica. Additionally, the study delved into the detection of (ARGs). All tested water samples were positive for at least one ARG, with the blaTEM gene being the most prevalent at 82%, followed by tetS at 64% and qnrB at 23%. Moreover, this research shed light on the complexity of evaluating ARGs in environmental samples, as their presence does not necessarily indicate their expression. It also highlighted the potential for co-selection and coregulation of ARGs, showcasing the intricate behaviors of these genes in aquatic environments.En esta investigación, se examinó la presencia de antibióticos y fármacos en aguas superficiales de Costa Rica, específicamente en regiones cercanas a hábitats felinos. El estudio reveló que el 47% de las muestras de agua contenían trazas detectables de al menos un antibiótico. La ciprofloxacina y la norfloxacina fueron los compuestos detectados con mayor frecuencia, cada uno con una tasa de detección del 27%. También se encontraron otros antibióticos, como la eritromicina, la roxitromicina y la trimetoprima, pero con frecuencias más bajas, alrededor del 14%. Cabe destacar que todas las concentraciones de antibióticos se mantuvieron por debajo de 10 ng/L, siendo la ciprofloxacina, la norfloxacina y la eritromicina las que mostraron las concentraciones más altas. Además, la investigación reveló la presencia de residuos farmacéuticos no antibióticos en las muestras de agua, típicamente en concentraciones inferiores a 64 ng/L. El tramadol fue el compuesto detectado con mayor frecuencia, presente en el 18% de las muestras. Las concentraciones más altas se observaron para acetaminofén y tramadol, con 64 y 10 ng/L, respectivamente. Al comparar estos hallazgos con estudios realizados en aguas residuales tratadas y ríos urbanos, se evidenció que las concentraciones de antibióticos y fármacos fueron notablemente menores en este estudio. Si bien investigaciones previas reportaron valores más altos, el limitado número de estudios realizados en áreas protegidas plantea inquietudes sobre el posible impacto ambiental en la biodiversidad. En resumen, estos resultados enfatizan la importancia de monitorear los residuos farmacéuticos y los genes de resistencia a los antimicrobianos (ARG) en ecosistemas vulnerables, especialmente aquellos cercanos a hábitats felinos en Costa Rica. Además, el estudio profundizó en la detección de (ARG). Todas las muestras de agua analizadas dieron positivo para al menos un ARG, siendo el gen blaTEM el más prevalente con un 82%, seguido de tetS con un 64% y qnrB con un 23%. Además, esta investigación aclaró la complejidad de evaluar los ARG en muestras ambientales, ya que su presencia no indica necesariamente su expresión. También destacó el potencial de coselección y corregulación de los ARG, mostrando el complejo comportamiento de estos genes en ambientes acuáticos.