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http://hdl.handle.net/11422/28112
| Type: | Tese |
| Title: | Disseminação de genes de resistência a antimicrobianos em ambientes agrícolas com uso intensivo de cama de aviário como fertilizante orgânico |
| Author(s)/Inventor(s): | Lopes, Eliene dos Santos |
| Advisor: | Seldin, Lucy |
| Abstract: | A resistência antimicrobiana (RAM) é uma das principais ameaças à saúde pública global, agravada pelo uso intensivo e indiscriminado de antimicrobianos na produção animal. Ambientes agropecuários, especialmente sistemas avícolas e áreas agrícolas que utilizam resíduos orgânicos como fertilizantes, são reconhecidos como reservatórios e fontes de disseminação de genes de resistência. Esta tese investigou, de forma integrada e sob a perspectiva da Saúde Única, a persistência, a mobilização e a disseminação de genes de resistência a partir da cama de aviário para diferentes compartimentos ambientais: solo agrícola, rizosfera de Sechium edule (chuchu), água e sedimento de lagoas de irrigação. A amostragem desses compartimentos ambientais foi realizada em múltiplas áreas agrícolas de São José do Vale do Rio Preto (RJ, Brasil) durante as estações seca e chuvosa. Diferentes análises foram realizadas utilizando-se as amostras coletadas, incluindo o isolamento de estirpes bacterianas sob pressão seletiva de antimicrobianos, caracterização molecular de determinantes de resistência, sequenciamento do gene que codifica o 16S rRNA e metagenômica shotgun. As análises do microbioma, baseadas no sequenciamento do 16S rRNA, revelaram que o compartimento ambiental foi o principal determinante da riqueza e diversidade bacteriana, superando a influência de fatores sazonais e geográficos. Padrão semelhante foi observado na diversidade funcional das comunidades microbianas, avaliada por metagenômica. A cama de aviário apresentou a maior abundância e diversidade de genes de resistência e plasmídeos, com mobilização para solos e lagoas, observada durante períodos de maior pluviosidade, sugerindo a influência do escoamento superficial. Genes clinicamente relevantes, incluindo blaTEM e blaGES (β-lactâmicos), sul1 e sul2 (sulfonamidas), intI1 (integrases de integrons de classe 1), mtrA (macrolídeos e penicilinas), rbpA (rifampicina) e tet(X4) (resistência a tetraciclinas de amplo espectro), foram amplamente detectados em diferentes compartimentos, áreas e períodos sazonais. O gene blaGES, raramente relatado em ambientes naturais, foi detectado em gêneros como Stenotrophomonas e Brevundimonas, isolados de solo. Além disso uma maior abundância de genes como sul2, mtrA e rbpA foi detectada em compartimentos ambientais diferentes da cama de aviário, sugerindo a ocorrência de dispersão desses genes no ambiente estudado. A análise do plasmidoma revelou plasmídeos carreando múltiplos genes de resistência, frequentemente associados a gêneros bacterianos de relevância clínica, como Staphylococcus, Enterococcus, Escherichia e Pseudomonas. Entre os resultados, a presença do gene tet(L) foi observada em um plasmídeo mobilizável semelhante ao pBC16 de Bacillus cereus, detectado na cama, solo e rizosfera, e do gene tet(X4) em um plasmídeo não mobilizável semelhante ao pER24y-8ksm de Escherichia coli, identificado na rizosfera. Os resultados desta tese demonstram a disseminação e a persistência de genes de resistência em sistemas de produção avícola e agrícola, com risco de entrada desses elementos na cadeia alimentar por meio do sistema solo-planta e do uso de água contaminada na irrigação e na hidratação de frangos. Além disso, este estudo contribui para a compreensão dos mecanismos de disseminação ambiental da RAM e reforça a necessidade de estratégias integradas de monitoramento, manejo seguro de resíduos e mitigação de riscos em sistemas de produção animal. |
| Abstract: | Antimicrobial resistance (AMR) is one of the leading threats to global public health and is exacerbated by the intensive and indiscriminate use of antimicrobials in animal production. Agroecosystems, particularly poultry farming systems and agricultural areas that utilize organic residues as fertilizers, are recognized as reservoirs and sources of antimicrobial resistance genes. This thesis investigated, in an integrated manner and under the One Health perspective, the persistence, mobilization, and dissemination of resistance genes from poultry litter to different environmental compartments: agricultural soil, the rhizosphere of Sechium edule (chayote), water, and the sediment of irrigation ponds. Sampling of these environmental compartments was carried out in multiple agricultural areas of São José do Vale do Rio Preto (Rio de Janeiro, Brazil) during the dry and rainy seasons. Multiple analyses were performed using the collected samples, including the isolation of bacterial strains under antimicrobial selective pressure, molecular characterization of resistance determinants, 16S rRNA gene sequencing, and shotgun metagenomics. Microbiome analyses, based on 16S rRNA sequencing, revealed that the environmental compartment was the primary determinant of bacterial richness and diversity, surpassing the influence of seasonal and geographic factors. A similar pattern was observed in the functional diversity of microbial communities, as assessed through metagenomics. Poultry litter showed the highest abundance and diversity of resistance genes and plasmids, with mobilization to soils and ponds more evident during periods of higher rainfall, suggesting the influence of surface runoff. Clinically relevant resistance genes, including blaTEM and blaGES (β-lactams), sul1 and sul2 (sulfonamides), intI1 (class 1 integron integrases), mtrA (macrolides and penicillins), rbpA (rifampicin), and tet(X4) (resistance to broad-spectrum tetracyclines), were widely detected across different environmental compartments, farming areas, and seasonal periods. The blaGES gene, rarely reported in natural environments, was detected in genera such as Stenotrophomonas and Brevundimonas, isolated from soil. In addition, higher abundances of genes such as sul2, mtrA, and rbpA were detected in environmental compartments outside of poultry litter, suggesting broader dissemination. Plasmidome analysis revealed plasmids carrying multiple resistance genes, frequently associated with clinically relevant bacterial genera such as Staphylococcus, Enterococcus, Escherichia, and Pseudomonas. Among the results, the presence of the tet(L) gene was observed in a mobilizable plasmid similar to pBC16 of Bacillus cereus, detected in poultry litter, soil, and the rhizosphere, and the tet(X4) gene in a non-mobilizable plasmid similar to pER24y-8ksm of Escherichia coli, identified in the rhizosphere. The findings of this thesis demonstrate the dissemination and persistence of resistance genes in poultry and agricultural production systems, with a potential risk of these elements entering the food chain through the soil–plant system and the use of contaminated water for irrigation and poultry hydration. Furthermore, this study contributes to understanding the mechanisms of environmental dissemination of AMR and reinforces the need for integrated monitoring strategies, safe waste management practices, and risk mitigation measures in animal production systems. |
| Keywords: | Resistência microbiana a medicamentos Aves domésticas Metagenômica Micobioma Drug resistance Poultry Metagenomics Mycobiome |
| Subject CNPq: | CNPQ::CIENCIAS BIOLOGICAS::MICROBIOLOGIA |
| Program: | Programa de Pós-Graduação em Ciências (Microbiologia) |
| Production unit: | Instituto de Microbiologia Paulo de Góes |
| Publisher: | Universidade Federal do Rio de Janeiro |
| Issue Date: | 29-Sep-2025 |
| Publisher country: | Brasil |
| Language: | por |
| Right access: | Acesso Aberto |
| Citation: | Lopes, E. S. (2025). Disseminação de genes de resistência a antimicrobianos em ambientes agrícolas com uso intensivo de cama de aviário como fertilizante orgânico [Tese de Doutorado, Universidade Federal do Rio de Janeiro]. Repositório Institucional Pantheon. |
| Appears in Collections: | Microbiologia |
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