Antimicrobial-resistant genes in feces from otters (Lontra longicaudis) within the Peñas Blancas river basin, Costa Rica

Abstract

Antimicrobial resistance poses a growing threat to human health, yet its implications for wildlife remain a subject of ongoing research. River otters inhabiting the Pe˜nas Blancas River face exposure to various anthropogenic activities in their habitat, potentially leading to the accumulation of antibiotic-resistant genes (ARGs) with unknown consequences for their health. This study aimed to identify specific ARGs in otter feces from this river basin, employing quantitative polymerase chain reaction (qPCR), DNA sequencing of ARGs, and phylogenetic analysis techniques. Over the period from 2019 to 2022, we collected 102 fecal samples from otters through the Peñas Blancas River watershed, spanning its upper and middle basins. We assessed the bacterial presence via the 16S rRNA gene through qPCR analysis and screened for 12 ARGs. Sequences of 16 ARG-positive samples were subsequently analyzed using Maximum-likelihood-base taxonomic placement. In total, 56 samples tested positive for the 16S rRNA gene, with 24 exhibiting at least one ARG. Notably, three samples showcased a “multi-resistance microbiome”. qPCR analyses identified seven distinct ARGs: tetB (in 26.8 % of the samples), sulI (21.4 %), sulII (21.4 %), qnrS (10.7 %), tetQ (8.9 %), tetW (7.1 %), and tetA (3.6 %). Phylogenetic analysis confirmed the taxonomic association of all detected ARGs, which were compared with The Comprehensive Antibiotic Resistance Database. Our findings underscore the importance of comprehending the spread of ARGs in wildlife populations, with river otters serving as potential sentinels for ARG dissemination. Moreover, they highlight the potential impact of anthropogenic activities on the health of aquatic ecosystems, emphasizing the need for proactive measures to mitigate antimicrobial resistance in natural environments.

La resistencia a los antimicrobianos representa una amenaza creciente para la salud humana, pero sus implicaciones para la vida silvestre siguen siendo un tema de investigación en curso. Las nutrias de río que habitan el río Peñas Blancas enfrentan la exposición a varias actividades antropogénicas en su hábitat, lo que potencialmente conduce a la acumulación de genes resistentes a los antibióticos (ARG) con consecuencias desconocidas para su salud. Este estudio tuvo como objetivo identificar ARG específicos en heces de nutria de esta cuenca fluvial, empleando la reacción en cadena de la polimerasa cuantitativa (qPCR), la secuenciación de ADN de ARG y técnicas de análisis filogenético. Durante el período de 2019 a 2022, recolectamos 102 muestras fecales de nutrias a lo largo de la cuenca del río Peñas Blancas, abarcando sus cuencas superior y media. Evaluamos la presencia bacteriana a través del gen 16S rRNA mediante análisis qPCR y examinamos 12 ARG. Las secuencias de 16 muestras ARG-positivas se analizaron posteriormente utilizando la ubicación taxonómica basada en máxima verosimilitud. En total, 56 muestras dieron positivo para el gen ARNr 16S, y 24 de ellas exhibieron al menos un ARG. Cabe destacar que tres muestras mostraron un "microbioma de resistencia múltiple". Los análisis de qPCR identificaron siete ARG distintos: tetB (en el 26,8 % de las muestras), sulI (21,4 %), sulII (21,4 %), qnrS (10,7 %), tetQ (8,9 %), tetW (7,1 %) y tetA (3,6 %). El análisis filogenético confirmó la asociación taxonómica de todos los ARG detectados, que se compararon con la Base de datos integral de resistencia a los antibióticos. Nuestros hallazgos subrayan la importancia de comprender la propagación de los ARG en las poblaciones de vida silvestre, y las nutrias de río sirven como centinelas potenciales para la diseminación de ARG. Además, destacan el impacto potencial de las actividades antropogénicas en la salud de los ecosistemas acuáticos, lo que enfatiza la necesidad de medidas proactivas para mitigar la resistencia a los antimicrobianos en entornos naturales.