Molecular characterization and human health risk assessment of multi-drug and heavy metals tolerant bacteria from urban river water

• DOI: 10.1016/j.dwt.2024.100298
• Publication Date: 2024-04-17T00:16:37Z
• Authors: Mohammad Mahbub K...; Sadia Mahbub Maleha; Md. Saddam Hossain; Nazmin Sultana; Rashedul Islam; Saiful Islam; Firoz Ahmed; Newaz Mohammed Ba...; Tasrina Rabia Cho...; Md. Didar-ul-Alam; Nasima Kabir; Leonard Tijing; Ho Kyong Shon
• Keywords: Health, Toxicology and Mutagenesis; Staphylococcus spp.; Life Cycle Assessment; Hemolysis; Environmental technology. Sanitary engineering; Environmental science; Antibiotics; Genetics; Chromium Bioremediation and Health Impacts; Environmental Chemistry; Nanotechnology; Biology; TD1-1066; QH540-549.5; Environmental planning; Pharmacology; FOS: Nanotechnology; Ecology; Bacteria; Human health; Pollution; Water resource management; Materials science; River water; Chemistry; Environmental health; Heavy metals; FOS: Biological sciences; Environmental Science; Physical Sciences; Environmental chemistry; Principles and Applications of Green Chemistry; Medicine; Antibiotic Resistance in Aquatic Environments and Wastewater; Drug; Bacillus spp.; Characterization (materials science)

The present study characterized the multi-drug and heavy metal-resistant bacteria and their human health risks in the six major urban rivers. The bacterial strains were characterized by molecular techniques based on 16 s rDNA gene sequence analysis, where most of the isolates belong to Bacillus spp. and Staphylococcus spp. The minimum inhibitory concentration (MIC) of the bacterial strains to different heavy metals like chromium, lead, cadmium, cobalt, mercury, and nickel ranged up to 3000 mg/L. The antibiotic susceptibility tests revealed that 69.23% of the strains resistant to ceftriaxone, while 61.54% were resilient to cefotaxime, 53.85% to ampicillin, 46.15% to amoxicillin, 30.77% to streptomycin, 15.38% to azithromycin, 15.38% to chloramphenicol, 7.69% to tetracycline, 7.69% to gentamycin, 7.69% to vancomycin. Interestingly, ciprofloxacin was found highly sensitive to all the bacterial strains in the present study. The multiple heavy metals resistance (MHMR) index of all the bacterial strains in the present study was very high compared to the standard value of 0.50. The multiple antibiotics resistance (MAR) index was highest for Bacillus cereus MKSMPbT1 (0.45), while it was lowest in B. xiamenesis MKSMCrB1 and B. pumilus MKSMNiT1 (0.09). The results of the hemolytic assay revealed that almost all the bacterial strains identified in the present study are highly pathogenic in nature. In essence, the bacterial strains identified in the present study could pose significant environmental and public health concerns that draw strict government attention.<br/>La présente étude a caractérisé les bactéries multi-médicamenteuses et résistantes aux métaux lourds et leurs risques pour la santé humaine dans les six principaux fleuves urbains. Les souches bactériennes ont été caractérisées par des techniques moléculaires basées sur l'analyse de la séquence du gène de l'ADNr 16 s, où la plupart des isolats appartiennent à Bacillus spp. et Staphylococcus spp. La concentration minimale inhibitrice (CMI) des souches bactériennes à différents métaux lourds comme le chrome, le plomb, le cadmium, le cobalt, le mercure et le nickel variait jusqu'à 3000 mg/L. Les tests de sensibilité aux antibiotiques ont révélé que 69,23 % des souches résistantes à la ceftriaxone, tandis que 61,54 % étaient résistantes à la céfotaxime, 53,85 % à l'ampicilline, 46,15 % à l'amoxicilline, 30,77 % à la streptomycine, 15,38 % à l'azithromycine, 15,38 % au chloramphénicol, 7,69 % à la tétracycline, 7,69 % à la gentamycine, 7,69 % à la vancomycine. Fait intéressant, la ciprofloxacine s'est révélée très sensible à toutes les souches bactériennes dans la présente étude. L'indice de résistance aux métaux lourds multiples (MHMR) de toutes les souches bactériennes de la présente étude était très élevé par rapport à la valeur standard de 0,50. L'indice de résistance aux antibiotiques multiples (MAR) était le plus élevé pour Bacillus cereus MKSMPbT1 (0,45), alors qu'il était le plus bas pour B. xiamenesis MKSMCrB1 et B. pumilus MKSMNiT1 (0,09). Les résultats du test hémolytique ont révélé que presque toutes les souches bactériennes identifiées dans la présente étude sont de nature hautement pathogène. En substance, les souches bactériennes identifiées dans la présente étude pourraient poser des problèmes importants d'environnement et de santé publique qui attirent l'attention stricte du gouvernement.<br/>وصفت الدراسة الحالية البكتيريا المقاومة للأدوية المتعددة والمعادن الثقيلة ومخاطرها على صحة الإنسان في الأنهار الحضرية الرئيسية الستة. تميزت السلالات البكتيرية بتقنيات جزيئية تعتمد على تحليل تسلسل جين الحمض النووي الريبي 16 ثانية، حيث تنتمي معظم العزلات إلى Bacillus spp. و Staphylococcus spp. تراوح الحد الأدنى للتركيز المثبط (MIC) للسلالات البكتيرية لمختلف المعادن الثقيلة مثل الكروم والرصاص والكادميوم والكوبالت والزئبق والنيكل إلى 3000 ملغ/لتر. كشفت اختبارات حساسية المضادات الحيوية أن 69.23 ٪ من السلالات المقاومة للسيفترياكسون، في حين أن 61.54 ٪ كانت مرنة للسيفوتاكسيم، و 53.85 ٪ للأمبيسلين، و 46.15 ٪ للأموكسيسيلين، و 30.77 ٪ للستربتوميسين، و 15.38 ٪ للأزيثروميسين، و 15.38 ٪ للكلورامفينيكول، و 7.69 ٪ للتتراسيكلين، و 7.69 ٪ للجنتاميسين، و 7.69 ٪ للفانكومايسين. ومن المثير للاهتمام، تم العثور على سيبروفلوكساسين حساس للغاية لجميع السلالات البكتيرية في هذه الدراسة. كان مؤشر مقاومة المعادن الثقيلة المتعددة (MHMR) لجميع السلالات البكتيرية في الدراسة الحالية مرتفعًا جدًا مقارنة بالقيمة القياسية البالغة 0.50. كان مؤشر مقاومة المضادات الحيوية المتعددة (MAR) هو الأعلى بالنسبة للعصية المخية MKSMPbT1 (0.45)، بينما كان الأدنى في B. xiamenesis MKSMCrB1 و B. pumilus MKSMNiT1 (0.09). كشفت نتائج الفحص الانحلالي أن جميع السلالات البكتيرية المحددة في هذه الدراسة تقريبًا شديدة الإمراض بطبيعتها. في جوهرها، يمكن أن تشكل السلالات البكتيرية المحددة في هذه الدراسة مخاوف بيئية وصحية عامة كبيرة تجذب انتباه الحكومة الصارم.<br/>El presente estudio caracterizó las bacterias resistentes a múltiples fármacos y metales pesados y sus riesgos para la salud humana en los seis principales ríos urbanos. Las cepas bacterianas se caracterizaron por técnicas moleculares basadas en el análisis de la secuencia del gen 16 s rDNA, donde la mayoría de los aislados pertenecen a Bacillus spp. y Staphylococcus spp. La concentración inhibitoria MÍNIMA (CIM) de las cepas bacterianas a diferentes metales pesados como cromo, plomo, cadmio, cobalto, mercurio y níquel varió hasta 3000 mg/L. Las pruebas de susceptibilidad a antibióticos revelaron que el 69,23% de las cepas resistentes a la ceftriaxona, mientras que el 61,54% eran resistentes a la cefotaxima, el 53,85% a la ampicilina, el 46,15% a la amoxicilina, el 30,77% a la estreptomicina, el 15,38% a la azitromicina, el 15,38% al cloranfenicol, el 7,69% a la tetraciclina, el 7,69% a la gentamicina y el 7,69% a la vancomicina. Curiosamente, la ciprofloxacina se encontró altamente sensible a todas las cepas bacterianas en el presente estudio. El índice de resistencia a múltiples metales pesados (MHMR) de todas las cepas bacterianas en el presente estudio fue muy alto en comparación con el valor estándar de 0,50. El índice de resistencia a múltiples antibióticos (MAR) fue más alto para Bacillus cereus MKSMPbT1 (0.45), mientras que fue más bajo en B. xiamenesis MKSMCrB1 y B. pumilus MKSMNiT1 (0.09). Los resultados del ensayo hemolítico revelaron que casi todas las cepas bacterianas identificadas en el presente estudio son de naturaleza altamente patógena. En esencia, las cepas bacterianas identificadas en el presente estudio podrían plantear importantes problemas ambientales y de salud pública que atraen la atención del gobierno.<br/>