The Impact of Urban Pollution on Plasmid-Mediated Resistance Acquisition in Enterobacteria from a Tropical River

Abstract

The exposure of environmental bacteria to contaminants in aquatic ecosystems accelerates the dissemination of antibiotic-resistance genes (ARGs) through horizontal gene transfer (HGT). In this study, we sampled three locations along a contamination gradient of a polluted river, focusing on isolating Enterobacteria from the surface waters to investigate the relationship between urban pollution and antibiotic resistance. The genomes of 15 isolates (5 per site) were sequenced to identify plasmid-borne ARGs and their association with resistance phenotypes. Results: Isolates from the site with the highest contamination (Site 3) showeda larger number of ARGs, plasmids, and resistance phenotypes. Notably, one of the isolates analyzed, E. coli A231-12, exhibited phenotypic resistance to seven antibiotics, presumably conferred by a single plasmid carrying 12 ARGs. Comparative analysis of this plasmid revealed its close evolutionary relationship with another IncH plasmid hosted by Salmonella enterica, underscoring its high ARG burden in the aquatic environment. Other plasmids identified in our isolates carried sul and dfrA genes, conferring resistance to trimethoprim/sulfamethoxazole, a commonly prescribed antibiotic combination in clinical settings. These results highlight the critical need to expand research on the link between pollution and plasmid-mediated antimicrobial resistance in aquatic ecosystems, which can act as reservoirs of ARGs.

La exposición de las bacterias ambientales a contaminantes en los ecosistemas acuáticos acelera la diseminación de genes de resistencia a los antibióticos (ARG) a través de la transferencia horizontal de genes (HGT). Métodos: En este estudio, muestreamos tres localizaciones a lo largo de un gradiente de contaminación de un río contaminado, centrándonos en aislar Enterobacterias de las aguas superficiales para investigar la relación entre la contaminación urbana y la resistencia a los antibióticos. Se secuenciaron los genomas de 15 aislados (5 por lugar) para identificar los ARG transmitidos por plásmidos y su asociación con los fenotipos de resistencia. Los aislados del lugar con mayor contaminación (lugar 3) mostraron un mayor número de ARG, plásmidos y fenotipos de resistencia. En particular, uno de los aislados analizados, E. coli A231-12, presentaba resistencia fenotípica a siete antibióticos, presumiblemente conferida por un único plásmido portador de 12 ARGs. El análisis comparativo de este plásmido reveló su estrecha relación evolutiva con otro plásmido IncH hospedado por Salmonella enterica, lo que subraya su elevada carga de ARG en el medio acuático. Otros plásmidos identificados en nuestros aislados portaban genes sul y dfrA, que confieren resistencia a trimetoprim/sulfametoxazol, una combinación de antibióticos comúnmente prescrita en entornos clínicos. Estos resultados ponen de relieve la necesidad crítica de ampliar la investigación sobre el vínculo entre la contaminación y la resistencia antimicrobiana mediada por plásmidos en los ecosistemas acuáticos, que pueden actuar como reservorios de ARGs.