Tetracycline and 4-epitetracycline modified the in vitro catabolic activity and structure of a sediment microbial community from a tropical tilapia farm idiosyncratically

Abstract

Aquaculture farmers commonly add tetracycline to fish feed or to their ponds to prevent or treat bacterial infections in their crops. To assess the short-term effect of tetracycline (TET) and of one of its reversible epimers, 4-epitetracycline (ETC), on the function and structure of a sediment microbial community from a tropical tilapia farm, we contrasted community-level physiological profiles (CLPP) and phospholipid fatty acid profiles (PLFA) obtained from microcosms exposed for 12 days to 5, 10, 50, or 75 mg kg-1of these antibiotics. Notwithstanding that the concentration of the antibiotics during the experiment decreased between 13-100% (TET) or 16-61% (ETC), both compounds provoked opposing metabolic responses that did not revert. TET displayed a tendency to inhibit respiration at concentrations < 50 mg kg-1, whereas ETC showed the opposite effect. As revealed by the finding of the fatty acids 11:0 iso 3OH, 16:1w6c, and 18:1w6c, the sediment analyzed was predominantly colonized by Gram-negative bacteria. A marked decrease in fatty acid diversity accompanied the aforementioned metabolic responses, with TET concentrations > 50 mg kg-1leading to an enrichment of yeast and fungal biomarkers and both antibiotics at concentrations < 10 mg kg-1selecting for microorganisms with 11:0 iso 3OH. In agreement with CLPP data, differences between the PLFA profiles of control and treated microcosms were more pronounced for TET than for ETC. We conclude that high, yet field-relevant, concentrations of TET and ETC have the potential to modify the composition, and to a lesser extent, the functioning of a sediment microbial community. This study highlights the importance of considering antibiotic degradation products in ecotoxicological research.

Los acuicultores suelen añadir tetraciclina a la alimentación de los peces oa sus estanques para prevenir o tratar infecciones bacterianas en sus cultivos. Para evaluar el efecto a corto plazo de la tetraciclina (TET) y de uno de sus epímeros reversibles, la 4-epitetraciclina (ETC), sobre la función y estructura de una comunidad microbiana de sedimentos de una granja de tilapia tropical, contrastamos perfiles fisiológicos a nivel de comunidad. (CLPP) y perfiles de ácidos grasos fosfolípidos (PLFA) obtenidos de microcosmos expuestos durante 12 días a 5, 10, 50 o 75 mg kg-1 de estos antibióticos. A pesar de que la concentración de antibióticos durante el experimento disminuyó entre 13-100% (TET) o 16-61% (ETC), ambos compuestos provocaron respuestas metabólicas opuestas que no revertieron. TET mostró una tendencia a inhibir la respiración a concentraciones <50 mg kg-1, mientras que ETC mostró el efecto contrario. Como reveló el hallazgo de los ácidos grasos 11: 0 iso 3OH, 16: 1w6c y 18: 1w6c, el sedimento analizado estaba predominantemente colonizado por bacterias Gram negativas. Una marcada disminución en la diversidad de ácidos grasos acompañó a las respuestas metabólicas antes mencionadas, con concentraciones de TET> 50 mg kg-1 que condujeron a un enriquecimiento de biomarcadores de levadura y hongos y ambos antibióticos a concentraciones <10 mg kg-1 seleccionando microorganismos con iso 3OH 11: 0. De acuerdo con los datos de CLPP, las diferencias entre los perfiles de PLFA de los microcosmos de control y tratados fueron más pronunciadas para TET que para ETC. Llegamos a la conclusión de que las concentraciones altas, aunque relevantes para el campo, de TET y ETC tienen el potencial de modificar la composición y, en menor medida, el funcionamiento de una comunidad microbiana de sedimentos. Este estudio destaca la importancia de considerar los productos de degradación de antibióticos en la investigación ecotoxicológica.

Os fazendeiros de aquicultura geralmente adicionam tetraciclina à alimentação dos peixes ou aos seus tanques para prevenir ou tratar infecções bacterianas em suas plantações. Para avaliar o efeito de curto prazo da tetraciclina (TET) e de um de seus epímeros reversíveis, 4-epitetraciclina (ETC), na função e estrutura de uma comunidade microbiana de sedimentos de uma fazenda de tilápia tropical, comparamos perfis fisiológicos em nível de comunidade (CLPP) e perfis de ácidos graxos de fosfolipídios (PLFA) obtidos de microcosmos expostos por 12 dias a 5, 10, 50 ou 75 mg kg-1 desses antibióticos. Apesar de a concentração dos antibióticos durante o experimento ter diminuído entre 13-100% (TET) ou 16-61% (ETC), ambos os compostos provocaram respostas metabólicas opostas que não reverteram. O TET apresentou tendência a inibir a respiração em concentrações <50 mg kg-1, enquanto o ETC mostrou o efeito oposto. Conforme revelado pelo achado dos ácidos graxos 11: 0 iso 3OH, 16: 1w6c e 18: 1w6c, o sedimento analisado foi predominantemente colonizado por bactérias Gram-negativas. Uma diminuição acentuada na diversidade de ácidos graxos acompanhou as respostas metabólicas acima mencionadas, com concentrações de TET> 50 mg kg-1 levando a um enriquecimento de levedura e biomarcadores fúngicos e ambos os antibióticos em concentrações <10 mg kg-1 selecionando para microorganismos com 11: 0 iso 3OH. De acordo com os dados do CLPP, as diferenças entre os perfis de PLFA dos microcosmos de controle e tratados foram mais pronunciadas para TET do que para ETC. Concluímos que altas, mas relevantes para o campo, concentrações de TET e ETC têm o potencial de modificar a composição e, em menor grau, o funcionamento de uma comunidade microbiana de sedimentos. Este estudo destaca a importância de considerar produtos de degradação de antibióticos na pesquisa ecotoxicológica.