Quando o furacão Maria atingiu a costa, devastando Dominica, St. Croix, e Porto Rico em setembro de 2017, inundações e quedas de energia causaram estragos na terra debilitada, resultando na contaminação dos cursos de água com dejetos humanos não tratados e microorganismos patogênicos.

Seis meses após o furacão mortal de categoria 5, A professora de engenharia civil e ambiental da Virginia Tech, Amy Pruden, liderou uma equipe de pesquisadores da Virginia Tech, incluindo Maria Virginia Riquelme e William Rhoads, em seguida, pesquisadores de pós-doutorado, que fez as malas e suprimentos de laboratório e se dirigiu para Porto Rico.

O território insular dos Estados Unidos, localizado no nordeste do Mar do Caribe, foi devastado, mergulhando seus 3,4 milhões de habitantes em crise. A destruição em massa apresentou uma oportunidade crítica para os pesquisadores estudarem como os danos à infraestrutura de águas residuais podem contribuir para a disseminação da resistência aos antibióticos - uma crescente ameaça à saúde pública global.

Em um estudo publicado na American Chemical Society's Journal of Environmental Science &Technology, Os pesquisadores da Virginia Tech e colaboradores internacionais desenvolveram ainda mais uma abordagem inovadora de vigilância da resistência a antibióticos, aplicando técnicas de sequenciamento de DNA para detectar a propagação de doenças em bacias hidrográficas afetadas por tempestades em grande escala.

"Este estudo é um passo crítico para estabelecer uma abordagem de vigilância unificada e abrangente para resistência a antibióticos em bacias hidrográficas, "disse Pruden, o professor W. Thomas Rice de Engenharia Civil e Ambiental. "Idealmente, pode ser aplicado como uma linha de base para rastrear distúrbios e problemas de saúde pública associados a tempestades futuras. "

Na última década, Pruden, um microbiologista e engenheiro ambiental, trabalhou com seus alunos usando sequenciamento de DNA de última geração, uma especialidade de Pruden, para examinar cepas de Legionella como operam antes, no decorrer, depois de, e fora dos surtos de doenças do legionário em várias vilas e cidades em todo o país, incluindo Flint, Michigan.

Com financiamento RAPID da National Science Foundation e colaboração com a investigadora principal Christina Bandoragoda, cientista pesquisador da Universidade de Washington com experiência em modelagem de bacias hidrográficas e análise geoespacial, Pesquisadores da Virginia Tech se uniram a Graciela Ramirez Toro, professor e diretor do Centro de Educación, Conservación e Interpretación Ambiental, e seu grupo de pesquisa na Universidade Interamericana local em San German, Porto Rico. Juntos, eles identificaram três locais de amostragem em bacias hidrográficas com padrões distintos de uso da terra e níveis de entrada de águas residuais que eram ideais para rastrear padrões geoespaciais na ocorrência de genes bacterianos que causam resistência a antibióticos.

O aluno de doutorado de Pruden e primeiro autor do artigo Benjamin Davis usou um método chamado sequenciamento de DNA metagenômico shotgun para detectar genes de resistência a antibióticos em amostras de água de rios de três bacias hidrográficas, incluindo amostras coletadas em caminhadas até trechos intocados rio acima das bacias hidrográficas e a jusante de três estações de tratamento de águas residuais. Metagenômica é o estudo do material genético recuperado diretamente de amostras ambientais.

A análise dos dados revelou que dois marcadores antropogênicos de resistência a antibióticos - sequências de DNA associadas a impactos humanos na bacia hidrográfica - correlacionaram-se com um conjunto distinto de genes de resistência a antibióticos, em relação àqueles que se correlacionaram especificamente com marcadores fecais humanos.

Uma demarcação clara da influência da estação de tratamento de águas residuais nos perfis de genes de resistência a antibióticos foi aparente e os níveis foram elevados a jusante das estações de tratamento de águas residuais, resultando em uma alta diversidade de genes que afetam a resistência a antibióticos clinicamente importantes, como beta-lactamas e aminoglicosídeos, nas amostras de bacias hidrográficas. Alguns dos genes de resistência a beta lactâmicos detectados foram associados a infecções mortais resistentes a antibióticos na região e mostraram evidências de serem capazes de cruzar cepas bacterianas. Observou-se também que os genes de resistência a beta-lactamas foram previstos com mais precisão por marcadores antropogênicos de resistência a antibióticos do que marcadores fecais humanos.

Embora os níveis básicos de genes de resistência a antibióticos em bacias hidrográficas de Porto Rico antes do furacão Maria sejam desconhecidos, metodologias de vigilância como essas podem ser usadas para avaliar os impactos futuros de grandes tempestades na disseminação da resistência aos antibióticos, disseram os pesquisadores.

Muitas comunidades internacionais provavelmente não terão acesso a ferramentas sofisticadas de monitoramento baseadas em metagenômica em um futuro próximo, mas a identificação de alvos de gene único, como os marcadores antropogênicos de resistência a antibióticos, tornar a vigilância de bacias hidrográficas da resistência aos antibióticos muito mais acessível. E esses genes podem ser quantificados diretamente pela reação em cadeia da polimerase quantitativa, rendendo custo-benefício, resultados rápidos em menos de um dia.