Improved detection of antibiotic resistance spread in wastewater and river microbiomes via fractionation-based short-read metagenomics
Insgesamt wurden 36 Proben aus klinischem und kommunalem Abwasser (Köln und Bonn), aus Abwässern von Geflügelschlachthöfen (Niedersachsen) sowie aus Oberflächenwasser des Rheins in Bonn entnommen. Um die Ausbreitung von Antibiotikaresistenzgenen besser detektieren und untersuchen zu können, wurde eine fraktionierungsbasierte Extraktionsmethode angewandt, bei der extrazelluläre, intrazelluläre bakterielle DNA sowie Phagen-DNA isoliert wurden. Insgesamt wurden 61 Proben mittels Short-Read-Metagenomsequenzierung (Illumina) analysiert.
Taxonomisch wiesen die klinischen und kommunalen Abwasserproben die größten Ähnlichkeiten auf und clusterten deutlich getrennt von den Schlachthofproben. Während sich die intrazelluläre Fraktion als am zuverlässigsten für die Darstellung des gesamten potenziellen Resistoms der Proben erwies, deutete die Analyse der extrazellulären und der Bakteriophagen-Fraktion auf horizontalen Gentransfer innerhalb spezifischer Resistenzgenfamilien hin. Proben aus dem Kölner Krankenhaus zeigten ein großes Potenzial für die Genverbreitung mittels Transduktion. Resistenzgene gegen Glycopeptide, Fluorchinolone und Tetracycline wurden an jedem Probenahmeort und in jeder Fraktion nachgewiesen – sogar im Oberflächenwasser des Flusses. Dies deutet auf ein massives Potenzial für den Genumsatz und die Ausbreitung durch horizontalen Gentransfer in diesen Umgebungen hin, welches allein durch die Analyse der intrazellulären Fraktion nicht hätte identifiziert werden können.