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Publication
Microbiological, biochemical, and molecular characterization of Vibrio spp. isolated from environmental samples collected from Namibe (Angola)
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Authors
Advisor(s)
Abstract(s)
Foodborne diseases have a major impact on public health, increasing rates of illness, death, and medical costs. Consumption of bivalves like mussels provide known health benefits but consuming them without knowing associated health risks can expose consumers to harmful microbes like pathogenic Vibrio species. The goal of this work was to identify and characterize Vibrio species from environmental seawater and mussel samples that might pose the risk of foodborne infections in Namibe (Angola) a province where there is a high risk of food poisoning and food insecurity. A combination of microbiological, molecular, bioinformatics, biochemical, and toxin analysis techniques were employed. The Vibrio isolates characterized in this study exhibited varied phenotypic traits, including differences in sucrose fermentation and colony characteristics on TCBS agar. The combination of 16S rRNA gene sequencing and species-specific amplification of genes, ToxR, tdh, and gyrB initially revealed all the isolates were V. alginolyticus but subsequent genome sequencing of three candidates species revealed that two were different V. alginolyticus strains and another was a different species V. diabolicus. Growth kinetics at 24°C and 37°C demonstrated the adaptability of the isolated species, with faster growth and shorter duplication times at 37°C, highlighting their growth optimum. Partial lysis of erythrocyte on blood agar and detection of proteolytic and lipolytic activities on agar plates indicated that these strains are likely to be virulent. Genome analysis revealed the presence of 128 virulence-related genes, involved in adherence, biofilm formation, motility, and effector delivery, and toxicity were identified and antibiotic resistant genes that differed between the genomes of the three candidates sequenced. In summary the study suggested that the Vibrio isolates that were characterized in this study are likely to be virulent and may represent a risk to the population when contaminated foods are consumed. This multidisciplinary approach underlines the importance of genomic and phenotypic analyses for precise identification, identification of pathogenic mechanisms, and monitoring of antibiotic resistance in Vibrio species which is crucial for the development of targeted strategies to manage vibriosis and mitigate public health risks.
As doenças transmitidas por alimentos têm um grande impacto na saúde pública, aumentando as taxas de doenças, mortes e custos médicos associados ao seu tratamento. O consumo de bivalves tal como os mexilhões proporciona benefícios conhecidos para a saúde humana, pois são uma importante fonte de proteína saudável de vitaminas e sais minerais para o humano e a sua produção em aquacultura é uma das indústrias mais sustentáveis na produção de alimento. Os bivalves são organismos marinhos filtradores de água e é desta forma que se alimentam e assim contribuem para a “limpeza” da coluna de água. Por isso para além de ser um alimento saudável para os humanos também um papel ecológico fundamental na manutenção da homeostasia do ambiente aquático. Os bivalves no seu ambiente natural estão expostos diretamente às condições ambientais e qualquer alteração no meio ambiente onde vivem devido ao efeito das alterações climáticas (temperatura, salinidade, ph) ou poluição provocada pela ação do homem (biológica – bactérias ou vírus, ou química- metais pesados poluentes) no meio marinho ou devido a causas ambientais naturais tais como afloração de biotoxinas devido ao sobre-cresciemnto de microalgas toxicas, podem ter um grande impacto na sua fisiologia ou de quem os consome quando estão contaminados por compostos químicos tóxicos ou microrganimos patogénicos. Como são organismos filtradores se estão expostos a ambientes contaminados os bivalves vão filtrar, acumular e biomagnificar dentro do seu organismo agentes patogénicos e ao consumi-los sem conhecer os riscos associados pode expor os consumidores a microrganismos patogénicos que o podem infetam e com isso desenvolvem doenças que em alguns casos podem ser fatais tal como as infeções causadas pelas espécies patogénicas de bactérias do género Vibrio, das mais comuns relacionadas com o consumo de produtos alimentares de origem marinha. As bactérias do género Vibrio são um dos maiores e mais diverso grupi de bactérias encontradas em ambientes aquáticos que fazem parte da microbiota normal dos organismos marinhos. Existem 149 espécies descritas que possuem características bioquímicas e genéticas distintas e na sua grande maioria são não-patogénicas. No entanto existe algumas espécies que são patogénicas ou patogénicas oportunistas que são responsáveis por várias doenças em humanos e em organismos marinhos, podendo mesmo em alguns casos levar a morte em infeções muito graves. As vibrioses são as infeções causadas por Vibrios e as espécies mais conhecidas que causam infeções em humanos são o V. cholerae, V. parahaemolyticus, V. alginolyticus e V. vulnificus e algumas destas espécies podem também infectar os organismos marinhos e as epidemias causadas por infeções iv por vibrio são um dos maus graves problemas de Saúde Publica e Ambiental e um dos principais problemas em Aquacultura pois são responsáveis pela morte de peixes e bivalves. Algumas destas bactérias são transmitidas ao humano através do consumo de peixe ou bivalves contaminados, especialmente quando são consumidos crus ou malcozinhados e representam um risco significativo especialmente para indivíduos com problemas de saúde, malnutridos, sistema imunológico comprometido e crianças com menos de 5 anos de idade. O objetivo deste trabalho foi de identificar e caracterizar espécies de Vibrio provenientes de amostras ambientais de água do mar e de mexilhões que possam representar o risco de infecções de origem alimentar no Namibe, uma província costeira localizada no Sul de Angola cuja maioria da sua população vive da pesca e apanha de bivalves e onde existe uma elevada prevalência de intoxicações alimentares e insegurança alimentar cuja origem é maioritariamente desconhecida. As amostras de água do mar e de mexilhão anaizadas neste estudo foram recolhidas da Praia das Conchas (Pco) umas das zonas mais utilizadas pela população para a captura de bivalves que depois vendem no mercado. Neste estudo para caracterizar os isolados foram utilizadas uma combinação de técnicas de análise microbiológica, molecular, bioinformática, bioquímica e de analise de toxinas para identificar as espécies e caracterizar o risco associado. Foram analisados sete isolados distintos de Vibrio em culturas puras 5 isolados de mexilhão (Perna perna) e 2 de agua do mar envolvente que foram inicialmente selecionados em placas de TCBS e isolados de acordo com a sua morfologia. Os isolados caracterizados exibiram características fenotípicas e microbiológicas variadas. Analise por sequenciação do gene 16S rRNA e genes específicos de espécies gyrB (especifico para V. alginolyticus) e para os genes de virulência ToxR e Tdh, identificou todos os isolados como bactérias pertencentes à espécie V. alginolyticus uma das principais bactérias que causa infeções em humanos e organismos marinhos que é geneticamente muito idêntica ao V. parahaemolyticus. Estsa analise também confirmou que estávamos na presença de estirpes diferentes. No entanto a sequenciação do genoma de três isolados selecionados devido as suas características microbiológicas e moleculares revelou que existiam duas estirpes diferentes, dois dos isolados são duas estirpes diferentes de V. alginolyticus e um outro isolado era uma espécie diferente V. diabolicus, que é muito semelhante ao V. alginolyticus e V. parahaemolyticus. Caracterização microbiológicas dos sete isolados confirmou que todos têm capacidade de crescimento a 24°C e 37°C podendo ser potenciais bactérias patogénicas para os organismos marinhos e humano e o tempo de duplicação e taxa de crescimento é semelhante entre v os diferentes isolados. A lise parcial de eritrócitos em placas de ágar sangue e a deteção de atividade proteolíticas e lipolíticas em placas de ágar com diferentes substratos indicaram que estas estirpes são provavelmente bastante virulentas. A análise do genoma revelou a presença de 128 fatores genéticos de virulência, envolvidos na adesão, formação de biofilme, motilidade e entrega de efetores, e a toxicidade foi identificada e genes resistentes a antibióticos que diferem entre os três candidatos sequenciados. No entanto a analise da suscetibilidade microbiológica à presença de vários antibióticos (usados na clinica e em aquacultura) realizada utilizando o método de difusão em disco revelou que o sete isolados foram suscetíveis a todos os antibióticos testados. No geral, o estudo realizado sugere que os isolados de Vibrio caracterizados são provavelmente virulentos e podem representar um risco para a população quando são consumidos alimentos contaminados. Esta abordagem multidisciplinar sublinha a importância das análises genómicas e fenotípicas para a identificação precisa, compreensão dos mecanismos patogénicos e monitorização da resistência aos antibióticos em espécies de Vibrio, o que é crucial para o desenvolvimento de estratégias específicas para gerir as infeções por Vibrio e mitigar os seus efeitos e riscos na Saúde Pública.
As doenças transmitidas por alimentos têm um grande impacto na saúde pública, aumentando as taxas de doenças, mortes e custos médicos associados ao seu tratamento. O consumo de bivalves tal como os mexilhões proporciona benefícios conhecidos para a saúde humana, pois são uma importante fonte de proteína saudável de vitaminas e sais minerais para o humano e a sua produção em aquacultura é uma das indústrias mais sustentáveis na produção de alimento. Os bivalves são organismos marinhos filtradores de água e é desta forma que se alimentam e assim contribuem para a “limpeza” da coluna de água. Por isso para além de ser um alimento saudável para os humanos também um papel ecológico fundamental na manutenção da homeostasia do ambiente aquático. Os bivalves no seu ambiente natural estão expostos diretamente às condições ambientais e qualquer alteração no meio ambiente onde vivem devido ao efeito das alterações climáticas (temperatura, salinidade, ph) ou poluição provocada pela ação do homem (biológica – bactérias ou vírus, ou química- metais pesados poluentes) no meio marinho ou devido a causas ambientais naturais tais como afloração de biotoxinas devido ao sobre-cresciemnto de microalgas toxicas, podem ter um grande impacto na sua fisiologia ou de quem os consome quando estão contaminados por compostos químicos tóxicos ou microrganimos patogénicos. Como são organismos filtradores se estão expostos a ambientes contaminados os bivalves vão filtrar, acumular e biomagnificar dentro do seu organismo agentes patogénicos e ao consumi-los sem conhecer os riscos associados pode expor os consumidores a microrganismos patogénicos que o podem infetam e com isso desenvolvem doenças que em alguns casos podem ser fatais tal como as infeções causadas pelas espécies patogénicas de bactérias do género Vibrio, das mais comuns relacionadas com o consumo de produtos alimentares de origem marinha. As bactérias do género Vibrio são um dos maiores e mais diverso grupi de bactérias encontradas em ambientes aquáticos que fazem parte da microbiota normal dos organismos marinhos. Existem 149 espécies descritas que possuem características bioquímicas e genéticas distintas e na sua grande maioria são não-patogénicas. No entanto existe algumas espécies que são patogénicas ou patogénicas oportunistas que são responsáveis por várias doenças em humanos e em organismos marinhos, podendo mesmo em alguns casos levar a morte em infeções muito graves. As vibrioses são as infeções causadas por Vibrios e as espécies mais conhecidas que causam infeções em humanos são o V. cholerae, V. parahaemolyticus, V. alginolyticus e V. vulnificus e algumas destas espécies podem também infectar os organismos marinhos e as epidemias causadas por infeções iv por vibrio são um dos maus graves problemas de Saúde Publica e Ambiental e um dos principais problemas em Aquacultura pois são responsáveis pela morte de peixes e bivalves. Algumas destas bactérias são transmitidas ao humano através do consumo de peixe ou bivalves contaminados, especialmente quando são consumidos crus ou malcozinhados e representam um risco significativo especialmente para indivíduos com problemas de saúde, malnutridos, sistema imunológico comprometido e crianças com menos de 5 anos de idade. O objetivo deste trabalho foi de identificar e caracterizar espécies de Vibrio provenientes de amostras ambientais de água do mar e de mexilhões que possam representar o risco de infecções de origem alimentar no Namibe, uma província costeira localizada no Sul de Angola cuja maioria da sua população vive da pesca e apanha de bivalves e onde existe uma elevada prevalência de intoxicações alimentares e insegurança alimentar cuja origem é maioritariamente desconhecida. As amostras de água do mar e de mexilhão anaizadas neste estudo foram recolhidas da Praia das Conchas (Pco) umas das zonas mais utilizadas pela população para a captura de bivalves que depois vendem no mercado. Neste estudo para caracterizar os isolados foram utilizadas uma combinação de técnicas de análise microbiológica, molecular, bioinformática, bioquímica e de analise de toxinas para identificar as espécies e caracterizar o risco associado. Foram analisados sete isolados distintos de Vibrio em culturas puras 5 isolados de mexilhão (Perna perna) e 2 de agua do mar envolvente que foram inicialmente selecionados em placas de TCBS e isolados de acordo com a sua morfologia. Os isolados caracterizados exibiram características fenotípicas e microbiológicas variadas. Analise por sequenciação do gene 16S rRNA e genes específicos de espécies gyrB (especifico para V. alginolyticus) e para os genes de virulência ToxR e Tdh, identificou todos os isolados como bactérias pertencentes à espécie V. alginolyticus uma das principais bactérias que causa infeções em humanos e organismos marinhos que é geneticamente muito idêntica ao V. parahaemolyticus. Estsa analise também confirmou que estávamos na presença de estirpes diferentes. No entanto a sequenciação do genoma de três isolados selecionados devido as suas características microbiológicas e moleculares revelou que existiam duas estirpes diferentes, dois dos isolados são duas estirpes diferentes de V. alginolyticus e um outro isolado era uma espécie diferente V. diabolicus, que é muito semelhante ao V. alginolyticus e V. parahaemolyticus. Caracterização microbiológicas dos sete isolados confirmou que todos têm capacidade de crescimento a 24°C e 37°C podendo ser potenciais bactérias patogénicas para os organismos marinhos e humano e o tempo de duplicação e taxa de crescimento é semelhante entre v os diferentes isolados. A lise parcial de eritrócitos em placas de ágar sangue e a deteção de atividade proteolíticas e lipolíticas em placas de ágar com diferentes substratos indicaram que estas estirpes são provavelmente bastante virulentas. A análise do genoma revelou a presença de 128 fatores genéticos de virulência, envolvidos na adesão, formação de biofilme, motilidade e entrega de efetores, e a toxicidade foi identificada e genes resistentes a antibióticos que diferem entre os três candidatos sequenciados. No entanto a analise da suscetibilidade microbiológica à presença de vários antibióticos (usados na clinica e em aquacultura) realizada utilizando o método de difusão em disco revelou que o sete isolados foram suscetíveis a todos os antibióticos testados. No geral, o estudo realizado sugere que os isolados de Vibrio caracterizados são provavelmente virulentos e podem representar um risco para a população quando são consumidos alimentos contaminados. Esta abordagem multidisciplinar sublinha a importância das análises genómicas e fenotípicas para a identificação precisa, compreensão dos mecanismos patogénicos e monitorização da resistência aos antibióticos em espécies de Vibrio, o que é crucial para o desenvolvimento de estratégias específicas para gerir as infeções por Vibrio e mitigar os seus efeitos e riscos na Saúde Pública.
Description
CRESC Algarve 2020 and COMPETE 2020 through project EMBRC.PT ALG-01-0145 -FEDER 022121 and by the FCT-AGAKHAN/541666287/2019 HealthyBi4Namibe project.
Keywords
Pathogenic Vibrio Foodborne diseases Mussels Microbiological and molecular characterization Virulence factors Genomes