CARACTERIZAÇÃO DE FATORES DE VIRULÊNCIA EM
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CARACTERIZAÇÃO DE FATORES DE VIRULÊNCIA EM
UNIVERSIDADE FEDERAL DE OURO PRETO INSTITUTO DE CIENCIAS EXATAS E BIOLÓGICAS DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA AMBIENTAL USO E CONSERVAÇÃO DE RECURSOS HÍDRICOS DISSERTAÇÃO DE MESTRADO SYOMARA KER DE MELO CARACTERIZAÇÃO DE FATORES DE VIRULÊNCIA EM AMOSTRAS DE Escherichia coli ISOLADAS DE LAGOAS DO PARQUE ESTADUAL DO RIO DOCE, MINAS GERAIS OURO PRETO 2006 SYOMARA KER DE MELO CARACTERIZAÇÃO DE FATORES DE VIRULÊNCIA EM AMOSTRAS DE Escherichia coli ISOLADAS DE LAGOAS DO PARQUE ESTADUAL DO RIO DOCE, MINAS GERAIS Dissertação de Mestrado apresentada ao Programa de Pós-Graduação em Engenharia ambiental com ênfase no Uso e Conservação de Recursos Hídricos da Universidade Federal de Ouro Preto. Orientadora: Profa.Dra. Maria Célia S. Lanna Laboratório de Microbiologia Geral – ICEB /UFOP Co-orientador: Prof. Dr. Carlos Augusto Rosa Laboratório de Ecologia e Biotecnologia de Leveduras – ICB/UFMG OURO PRETO 2006 M528c Melo, Syomara Ker de. Caracterização de fatores de virulência em amostras de Eschericha coli isoladas de lagoas do Parque Estadual do Rio Doce - MG [manuscrito]/ Syomara Ker de Melo. – 2006. xiii, 100 f. : il. color., graf., tabs., mapas. Instituto Hídricos - Teses. Orientadora: Profa. Dra. Maria Célia Silva Lanna. Co-orientador: Prof. Carlos Augusto Rosa. Dissertação (Mestrado) - Universidade Federal de Ouro Preto. de Ciências Exatas e Biológicas. Núcleo de Pesquisa em Recursos Pró-Água. Programa de Mestrado em Engenharia Ambiental. Área de concentração: Microbiologia. 1. Escherichia coli - Teses. 2. Água - Qualidade - Minas Gerais 3. Virulência (Microbiologia) - Teses. I. Universidade Federal de Catalogação: [email protected] Esta dissertação é dedicada a minha mãe (Sônia), meus irmãos (Leca, Dim, Júnior, Poly, Dan), e Demian. “Aprender é construir, reconstruir, constatar para mudar, o que não se faz sem abertura ao risco e à aventura do espírito. Paulo Freire (1921-1997) AGRADECIMENTOS ________________________________________________________ Os meus mais sinceros agradecimentos à Deus, pela proteção e amparo durante vários momentos ao longo dessa minha jornada, e principalmente, por ter colocado pessoas certas, nas horas certas em minha vida. Aos meus amados pais e irmãos pela incessante fonte de amor e incentivo dispensados à mim. Ao meu grande amor Demian, pela paciência, companheirismo, carinho, incentivo, compreensão e por todas as alegrias que compartilhamos juntos, durante todo esse tempo. À minha orientadora Profa. Dra. Maria Célia Silva Lanna pelo apoio, amizade, confiança e, principalmente pela oportunidade de realização desse trabalho. Agradecimento muito especial, ao meu co-orientador, Prof. Dr. Carlos Augusto Rosa pelo exemplo de profissionalismo e comprometimento com o conhecimento científico, pelos ensinamentos, amizade, e, principalmente, por nunca ter medido esforços para que esse trabalho acontecesse. O seu apoio incondicional a esse projeto foi fundamental para que tudo desse certo. A você serei eternamente grata. Obrigada pela confiança. À toda a família do Laboratório de Ecologia e Biotecnologia de Leveduras pela grande amizade, convivência e troca de experiência: Cris Roscoe, Fátima, Bia, Luíz Rosa, Prix, Carol, Inayara, Carla Daniela, Adriana, Marjore, Fatinha, Ilana, Biinha, Fernandinha, Fernanda Badotti, Lud, Lia, Lú, Fabiana, Michelle, Suzane, César, Renata, Raquel, Natália, Aline, Isabela, Mariângela, Mariana e Vívian. Todos vocês são muito especiais para mim. Muito Obrigada por tudo. Adoro vocês! Agradecimento mais do que especial às amigas de laboratório: Cris Roscoe, Fátima, Bia e Carol pelo apoio incondicional nos experimentos de biomol. E principalmente à Prix pelo auxílio em todos os momentos. O meu muito obrigada, ao Prof. Dr. Francisco A. R. Barbosa pela oportunidade de fazer parte de tão importante e grandioso projeto como o PELD. Agradeço também aos amigos conquistados na Limnologia: Fábio, José Fernandes, Dinho, Meg, Luciana, Sophia, Felipe, Nelson, Pedro, Juliàn e Tiago pelo companheirismo, amizade e alegrias compartilhadas durante as coletas no Parque. Aos amigos do Laboratório de Microbiologia da UFOP, Luís, Ricardo, Ivan, Marly. E principalmente à Vivian, pela amizade e cumplicidade. À amiga Lianna Nakahodo pela sincera amizade e pelos bons momentos vividos em Ouro Preto. Agradecimento muito especial ao amigo Igor, pela amizade, pelas coincidências e reencontros em nossas vidas e também pelo auxílio na etapa final desse trabalho. Aos eternos amigos de Ouro Preto, Vinícius Albano, Madú e Bina que apesar da distância sempre torceram muito por mim. Ao Prof. Dr. Luiz Simeão, pelo apoio indispensável na identificação das amostras. Ao Prof. Dr. Tomomasa Yano e toda à sua equipe, principalmente à Daniela Alves pela colaboração. Ao Prof. Dr. Edilberto Nogueira Mendes, à Profa. Dra. Paula Prazeres pelo auxílio e esclarecimentos. Ao Departamento de Microbiologia da UFMG pelo apoio indispensável na realização desse trabalho. À Universidade Federal de Ouro Preto (UFOP), em especial ao Departamento de Pós-Graduação Uso e Conservação de Recursos Hídricos, pela oportunidade de aperfeiçoamento profissional e pela bolsa concedida durante o curso de mestrado. COLABORADORES ________________________________________________________ Prof. Dr. Carlos Augusto Rosa – Laboratório de Ecologia e Biotecnologia de Leveduras - Departamento de Microbiologia – ICB / UFMG. • Departamento de Pós-Graduação em Microbiologia da UFMG – ICB. Prof. Dr. Francisco Antônio Rodrigues Barbosa – Laboratório de Limnologia Departamento de Ecologia, Conservação e Manejo de Vida Silvestre-ICB / UFMG. i SUMÁRIO _________________________________________________________________ Lista de Tabelas................................................................................................. iv Lista de Figuras.................................................................................................. vi Lista de Abreviaturas.......................................................................................... viii Resumo.............................................................................................................. ............................................................................................................... Abstract.............................................................................................................. x xii 1. Relevância e Justificativa............................................................................... 1 2. Revisão Bibliográfica................................................................................... 3 2.1 – Contaminação microbiológica de corpos d’água naturais e potenciais riscos à saúde humana.................................................................................... 3 2.2 – Grupo Coliforme como Indicador de Qualidade de Água......................... 4 2.3 - Escherichia coli ......................................................................................... 7 2.4 – Fatores de Virulência em Escherichia coli 8 2.5 – Escherichia coli enteropatogênicas e as Gastroenterites......................... 10 2.6 – Principais Subgrupos de E.coli diarreogênicas......................................... 12 2.6.1 - Escherichia coli enteropatogênica (EPEC)............................................. 12 2.6.2 - Escherichia coli enterotoxigênica (ETEC)............................................... 14 2.6.3 - Escherichia coli enterohemorrágica (EHEC).......................................... 16 2.6.4 – Escherichia coli enteroagregativa (EAEC)............................................. 18 2.6.5 - Escherichia coli enteroinvasora (EIEC).................................................. 19 2.6.6 – Escherichia coli Difusamente Aderente (DAEC).................................... 20 2.7 – Susceptibilidade de Escherichia coli a antimicrobianos ........................... 20 3. Objetivos....................................................................................................... 22 4. Materiais e Métodos..................................................................................... 23 4.1 - Origem e Caracterização das amostras..................................................... 23 4.1.1 - Área de Estudo....................................................................................... 23 4.1.2 - Locais de Coleta..................................................................................... 26 4.1.2.1 - Lago Dom Helvécio............................................................................. 26 4.1.2.2 - Lagoa Jacaré....................................................................................... 26 4.1.2.3 - Lagoa Carioca...................................................................................... 27 ii 4.1.2.4 - Lagoa Gambazinho.............................................................................. 27 4.1.3 - Procedimentos de coleta........................................................................ 31 4.2 - Análise Laboratorial das amostras............................................................ 31 4.2.1 - Determinação da Qualidade Microbiológica das lagoas......................... 31 ................................. 4.2.2 - Análise estatística dos dados para avaliação das diferenças entre as lagoas................................................................................................................. 32 ............................. 4.4.3 - Isolamento de Escherichia coli das lagoas ............................................ 32 4.2.4 - Identificação dos isolados de Escherichia coli........................................ 33 ........................................ 4.2.5 - Investigação dos tipos diarreiogênicos dos isolados de Escherichia coli ..................................................................................................................... 33 4.2.5.1 - Extração do DNA ................................................................................ 33 4.2.5.2 - Pesquisa dos genes de virulência pela Reação em Cadeia da Polimerase…………………………………………………………………………… 33 4.2.5.3 - Eletroforese em gel de agarose…………………………………………. 34 ................................ 4.2.6 - Pesquisa dos sorogrupos de Escherichia coli diarreiogênicas pelo Teste de Aglutinação em Lâmina....................................................................... 36 4.2.7 - Fermentação do sorbitol e da ramnose na diferenciação dos isolados de Escherichia coli enterohemorrágica.............................................................. 36 .................. 4.2.8 – Determinação da susceptibilidade dos isolados de Escherichia coli aos antibacterianos............................................................................................ 37 ................................................................. 5 - Resultados................................................................................................... 38 5.1 - Qualidade Microbiológica das lagoas....................................................... 38 ................. .............................................................. 5.2 – Isolados de Escherichia coli obtidos das lagoas....................................... 39 ................................... 5.3 – Tipos diarreiogênicos dos isolados de Escherichia coli das lagoas.......... 39 5.3.1 - Genes de virulência dos isolados de Escherichia coli pela PCR ........... 39 5.4 – Sorogrupos diarreiogênicos dos isolados de E. coli ................................ 40 5.4.1 - Determinação dos sorogrupos EHEC, EPEC e EIEC............................. 40 5.4.2 - Freqüência dos sorogrupos diarreiogênicos nas lagoas...................... 41 5.5 – Perfil de resistência das linhagens de E. coli isoladas das lagoas........... 41 6 – Discussão................................................................................................... 69 6.1 - Análise da Qualidade da água das lagoas................................................ 69 6.2 – Potencial patogênico dos isolados de Escherichia coli ............................ 70 6.3 - Tipos diarreiogênicos isolados nas lagoas................................................ 71 6.3.1 - Presença dos genes stx1 e stx2 característicos Escherichia coli enterohemorrágica (EHEC)................................................................................ 71 . iii 6.3.2 - Presença do gene eae característico de Escherichia coli enteropatogênica (EPEC).................................................................................. 74 6.3.3 - Presença do gene eltI característico de Escherichia coli enterotoxigênica (ETEC).................................................................................... 74 6.3.4 - Ausência de genes de virulência em isolados de E. coli ambientais...... 75 6.4- Sorogrupos diarreiogênicos de E. coli isolados das lagoas....................... 76 6.5 – Linhagens do sorotipo O157: H7 isolados das lagoas.............................. 76 6.6 – Linhagens resistentes a antibióticos isolados nas lagoas......................... 76 7 – Conclusões................................................................................................... 79 8 - Referências Bibliográficas............................................................................. 80 Anexo 1: Linhagens de Escherichia coli isoladas do Lago Dom Helvécio e selecionadas para detecção de fatores de virulência por PCR......................... 99 Anexo 2: Linhagens de Escherichia coli isoladas das Lagoas Carioca, Jacaré, Gambazinho e selecionadas para a detecção de fatores de virulência por PCR.............................................................................................................. 100 iv LISTA DE TABELAS _________________________________________________________________ Tabela 1 - Padrões de Balneabilidade determinados pelo CONAMA, através da Resolução nº 274, de 29 de novembro de 2000......................................................5 Tabela 2 – Sorogrupos, Seqüências do gene, Tamanho do Produto Amplificado e Temperaturas de anelamento dos iniciadores.......................................................35 Tabela 3 - Determinação do Número Mais Provável (NMP/100ml) para coliformes fecais de amostras de água coletadas em dois pontos (região litorânea e região limnética) das Lagoas Carioca, Gambazinho e Jacaré no Parque Estadual do Rio Doce.......................................................................................................................43 Tabela 4 - Determinação do Número Mais Provável (NMP/100ml) para “coliformes fecais” de amostras de água coletadas em seis pontos (P1, P2, P3, P4, P5 e P6) do Lago Dom Helvécio no Parque Estadual do Rio Doce.....................................44 Tabela 5 - Análise de Variância (ANOVA, medidas repetidas) comparando as regiões litorâneas e limnéticas das lagoas, Carioca, Jacaré, Gambazinho, Dom Helvécio, e os meses de amostragem no Parque Estadual do Rio Doce.......................................................................................................................45 Tabela 6 - Número de linhagens de Escherichia coli isoladas das Lagoas Carioca, Gambazinho e Jacaré no Parque Estadual do Rio Doce.......................................51 Tabela 7 - Número de linhagens de Escherichia coli isoladas do Lago Dom Helvécio no Parque Estadual do Rio Doce............................................................52 Tabela 8 - Isolados de E. coli positivos para os genes stx2, eltI e eae que codificam diferentes fatores de virulência detectadas por PCR.............................53 Tabela 9 - Ocorrência de genes de virulência e fermentação de carboidratos em linhagens soropositivas de E. coli enterohemorrágica O157:H7 (EHEC), isoladas das lagoas Carioca, Jacaré, Gambazinho e Dom Helvécio do Parque Estadual do Rio Doce ..............................................................................................................58 Tabela 10 - Ocorrência de genes de virulência em linhagens soropositivos de E. coli enteropatogênica clássica (EPEC) isoladas das lagoas Carioca, Jacaré, Gambazinho e Dom Helvécio do Parque Estadual do Rio Doce...........................59 Tabela 11 - Distribuição das linhagens soropositivos de E. coli enteroinvasora (EIEC), isoladas das lagoas Carioca, Jacaré, Gambazinho e Dom Helvécio do Parque Estadual do Rio Doce em função do local e data de amostragem EIEC.......................................................................................................................61 Tabela 12 - Distribuição dos sorogrupos de Escherichia. coli (EHEC, EPEC e EIEC) nas regiões litorâneas e limnéticas das Lagoas Carioca, Jacaré Gambazinho e Dom Helvécio no Parque Estadual do Rio Doce...........................62 v Tabela 13 - Freqüência das linhagens de Escherichia coli resistentes a antibiótico isoladas nas regiões litorâneas e limnéticas das lagoas do Parque do Rio Doce.......................................................................................................................64 Tabela 14 - Origem, sazonalidade dos isolados de Escherichia coli multiresistentes aos antibióticos....................................................................................65 vi LISTA DE FIGURAS _________________________________________________________________ Figura 1 - Mapa da área de abrangência do Parque Estadual do Rio Doce e dos municípios no seu entorno .....................................................................................25 Figura 2 - Foto da área de Praia do Lago Dom Helvécio, principal local dentro do Parque onde é permitido o banho dos turistas e onde foram realizadas as coletas da região litorânea (P1, P2, P3, P4, P5) e região Limnética (P6)..........................28 Figura 3 - Foto da Lagoa Jacaré mostrando os locais de coleta e extensas plantações de Eucalyptus no seu entorno.............................................................28 Figura 4 - Foto identificando as regiões litorânea e limnética da Lagoa Carioca um dos principais locais de coleta...............................................................................29 Figura 5 - Foto da Lagoa Gambazinho destacando os locais de coleta na região litorânea e região limnética....................................................................................29 Figura 6 - Localização das lagoas dentro e no entorno do Parque Estadual do Rio Doce.......................................................................................................................30 Figura 7 - Densidade de coliformes fecais (NMP/100 ml) ao longo do período de amostragem nas lagoas, Carioca, Gambazinho, Jacaré e Dom Helvécio no Parque Estadual do Rio Doce..................................................................................46 Figura 8 - Análise de Correspondência para os pontos amostrados nas lagoas Carioca, Jacaré, Gambazinho e Dom Helvécio no Parque Estadual do Rio Doce considerando a densidade de coliformes fecais (NMP/100 ml) nessas lagoas.....................................................................................................................47 Figura 9 - Análise de Correspondência para os meses de amostragem nas lagoas Carioca, Jacaré, Gambazinho e Dom Helvécio no Parque Estadual do Rio Doce, considerando a densidade de coliformes fecais (NMP/100 ml) e sazonalidade..........................................................................................................48 Figura 10 - Análise de Agrupamento para as lagoas Carioca, Jacaré, Gambazinho e Dom Helvécio no Parque Estadual do Rio Doce considerando a densidade de coliformes fecais (NMP/100ml) nesses corpos d´água....................................................................................................................49 Figura 11 - Análise de Agrupamento para os meses de amostragem nas lagoas Carioca, Jacaré, Gambazinho e Dom Helvécio do Parque Estadual do Rio Doce, considerando a densidade de coliformes fecais (NMP/100 ml) nos pontos amostrados. ..........................................................................................................50 Figura 12 - Freqüência de fatores de virulência em linhagens de E. coli isoladas de lagoas do Parque Estadual do Rio Doce-MG. O gene stx2 codifica expressão da toxina Shiga em E. coli enterohemorrágica (EHEC); o gene eae codifica a vii intimina em E. coli enteropatogênica (EPEC); e o gene elt I codifica para toxina LTI de E. coli enterotoxigênica (ETEC)..................................................................54 Figura 13 - Eletroforese em gel de agarose dos produtos de PCR para o gene stx2. Canaleta 1: Padrão de peso molecular, Lambda λ (1Kb); Canaleta 2: Controle positivo de Escherichia coli enterohemorrágica (EHEC) para o gene stx2; Canaletas 3, 4, 6, 7 e 8: Linhagens ambientais de E. coli 236, 330, 344, 292, 280 e 34, isoladas do PERD e, positivas para a amplificação do gene stx2. Canaletas 5, 9 e 10: Linhagens ambientais de E. coli negativas para amplificação do gene stx2.........................................................................................................................55 Figura 14 - Eletroforese em gel de agarose dos produtos de PCR para o gene eae. Canaleta 1: Padrão de peso molecular, Lambda λ (1Kb); Canaleta 2: Controle positivo de Escherichia coli enteropatogênica (EPEC) para o gene eae; Canaleta 9: Linhagem ambiental de E. coli 373, isolada do PERD e, positivo para amplificação do gene eae. Canaletas 3, 4, 5, 6, 7 e 8: Linhagens ambientais de E. coli do PERD negativas para amplificação do gene eae......................................56 Figura 15 - Eletroforese em gel de agarose para o produto de PCR do gene eltI. Canaleta 1: Padrão de Peso Molecular lambda 1Kb; Canaleta 2: Controle positivo de E. coli enterotoxigênica (ETEC). Canaletas 3,4,5,7,8 e 9: Linhagens de E. coli ambientais isoladas de lagoas do PERD e negativas para amplificação do gene eltI. Canaleta 6: Isolado de E. coli ambiental positivo para o fragmento de gene etl..................................................................................................................57 Figura 16 - Perfil da susceptibilidade aos antimicrobianos de linhagens ambientais de E. coli isoladas das lagoas Carioca, Jacaré, Gambazinho e Dom Helvécio no Parque Estadual do Rio Doce............................................................63 Figura 17 - Foto do perfil da susceptibilidade a antimicrobianos da linhagem ambiental E. coli 58 isolada da região litorânea da lagoa Carioca no Parque Estadual do Rio Doce............................................................................................67 Figura 18 - Foto do perfil da susceptibilidade a antimicrobianos da linhagem ambiental E. coli 34 isolada da região litorânea da lagoa Jacaré no Parque Estadual do Rio Doce............................................................................................68 viii LISTA DE ABREVIATURAS _________________________________________________________________ EPEC - Escherichia coli enteropatogênica ETEC - Escherichia coli enterotoxigênica EHEC - Escherichia coli enterohemorrágica EIEC - Escherichia coli enteroinvasora EAEC - Escherichia coli enteroagregativa DHEC - Escherichia coli difusamente aderente PERD – Parque Estadual do Rio Doce PIE - Programa integrado de ecologia PELD – Projeto Ecológico de Longa Duração CONAMA – Conselho Nacional do Meio Ambiente C LT – Região Litorânea da Lagoa Carioca C LM – Região Limnética da Lagoa Carioca G LT - Região Litorânea da Lagoa Gambazinho G LM – Região Limnética da Lagoa Gambazinho J LT – Região Litorânea da Lagoa Jacaré J LM – Região Limnética da Lagoa Jacaré DH – Lago Dom Helvécio DH LM – Região Limnética do Lago Dom Helvécio NMP – Número Mais Provável EMB – Eosina Azul de Metileno BHI – Brain Heart Infusion TSA – Tryptic Soy Agar TE - Tris-EDTA IAL – Instituto Adolfo Lutz (Meio Rugai Modificado) PCR – Reação em Cadeia da Polimerase LEE – Locus of Enterocyte Effacement Lesão A/E – Lesão attaching/effacing SUH – Síndrome Urêmica Hemolítica EAF – EPEC Adherence Factor ix LISTA DE ABREVIATURAS _________________________________________________________________ BFP – Bundle forming pili CFA – Fator Antigênico de Colonização PIC – Protein Involved in intestinal colonization AAF- Fimbria de Aderência Agregativa SHET1 – Shigella enterotoxin 1 STa e STb - Toxina termo estável LTI e LTII - Toxina termo lábil STx1 e STx2 – Toxina Shiga PET - Plasmid encoded toxin AMP - Ampicilina CFL - Cefalotina AMC - Amoxilina + Clavulanato CRX - Cefuroxima CFO - Cefoxitina CRO - Ceftriaxona GEN - Gentamicina CAZ - Ceftazidima AMI - Amicacina CIP - Ciprofloxacina CPM - Cefepime SUT - Sufazotrim CTX - Cefotaxima ATM - Aztreonam CLO - Cloranfenicol TET - Tetraciclina TOB - Tobramicina TIC - Ticarcilina + Clavulanato x RESUMO _________________________________________________________________ Os coliformes fecais cujo principal representante é a Escherichia coli fazem parte da microbiota intestinal do homem e outros animais de sangue quente, estes microrganismos têm sido extensivamente utilizados no monitoramento da qualidade de águas e quando detectados em corpos d´água indicam a possível presença de contaminação fecal recente, e consequentemente, a presença de patógenos entéricos. Além das linhagens comensais, várias grupos patogênicos distintos de E. coli diarreiogênicas são reconhecidos: E. coli enteropatogênica (EPEC), E. coli enterotoxigênica (ETEC), E. coli enterohemorrágica ou Produtora de Toxina Shiga (EHEC/STEC), E. coli enteroinvasora (EIEC), E. coli enteroagregativa (EAEC), E. coli difusamente aderente (DAEC). As linhagens patogênicas de E. coli causadoras de infecções intestinais possuem numerosos fatores de virulência localizados em cromossomos, plasmídios ou DNAs de bacteriófagos. Desta forma, o objetivo deste trabalho foi determinar a freqüência de ocorrência e os fatores de virulência de amostras de Escherichia coli isoladas em lagoas do Parque Estadual do Rio Doce - MG (PERD - MG). As coletas foram realizadas mensalmente entre Maio de 2004 e Fevereiro de 2005 nas lagoas Carioca, Jacaré, Gambazinho e Dom Helvécio. Utilizando a Técnica de Tubos Múltiplos verificou-se que as lagoas amostradas apresentaram baixas contagens para coliformes fecais na maioria das amostras analisadas. A densidade de coliformes fecais variou significativamente (E. coli F= 2,11; p = 0,035) apenas em relação aos meses de coleta. Um total de 456 (89,94%) das linhagens ambientais isoladas foram positivas em relação às provas bioquímicas específicas para a identificação da espécie Escherichia coli. A técnica de PCR foi utilizada para detecção dos genes de virulência stx1 e stx2 de EHEC, eae de EPEC e eltI de ETEC. O gene stx2 foi detectado em cinco linhagens de E. coli ambas isoladas das lagoas Carioca e Jacaré. Nenhum dos 80 isolados de E. coli investigados apresentou o fragmento de DNA correspondente ao gene stx1. Para o gene eae e elt I, apenas os isolados E. coli 373 (C LT) e E. coli 58 (C LT) respectivamente, amplificaram o fragmento de gene de interesse. Pela técnica de aglutinação em lâmina 61,3% dos isolados de E. coli aglutinaram na presença de soro específico para EPEC clássica, 18,2% das linhagens aglutinaram para o sorotipo O157: H7 de EHEC e 20,5% aglutinaram na presença do soro específico de EIEC. Na caracterização fenotípica do sorotipo O157: H7, cinco isolados de E. coli ambientais não fermentaram o sorbitol e apenas dois não fermentaram a ramnose. Altas frequências de linhagens de E. coli resistentes à ampicilina (20%), cefalotina (50%) e cefuroxima (14%) foram verificadas, para os demais antibióticos testados a resistência quando verificada ocorreu em menos de 10% dos isolados. Todos os lagos amostrados apresentaram níveis de coliformes fecais abaixo dos valores permitidos pela resolução do CONAMA, para balneabilidade. Por outro lado, a presença de genes de virulência nas linhagens de E. coli analisadas sugere que existe a probabilidade dos banhistas adquirirem doença gastrointestinal transmitida pelas águas dos lagos investigados. A Técnica de Aglutinação em Lâmina, específica para determinados sorogrupos nem sempre correlaciona com a patogenicidade da linhagem e a discriminação de subgrupos de EPEC, ETEC, EHEC e EIEC requer a utilização de técnicas moleculares baseadas em genes de virulência. Alta incidência de isolados de E. coli multi-resistentes a antibióticos indicam a possível disseminação de linhagens resistentes pelos banhistas e animais, e também um risco para saúde dos mesmos. Os dados obtidos no presente estudo podem contribuir para manter o equilíbrio dos ecossistemas estudados e ampliar o estudo da ecologia da espécie E. coli considerando o isolamento dos subtipos no meio ambiente. xii ABSTRACT _________________________________________________________________ The fecal coliforms whose main representative is the Escherichia coli belong to the intestinal flora of humans and other warm-blooded animals, these microorganisms have been extensively used at water quality control and when found at water are an indicator of recent contamination by feces, and as consequence, enteric pathogenic microorganisms are made present. Beyond the commensal strains, there are various distinct types of diarrhoeagenic E. coli are acknowledged: enteropathogenic E. coli (EPEC), enterotoxigenic E. coli (ETEC), enterohaemorragic E. coli or shiga toxine producer (EHEC/STEC), enteroinvasive E. coli (EIEC), enteroaggregative E. coli (EAggEC), diffusely adherent E. coli (DAEC). The pathogenic strains of E. coli that are intestine infectious host numerous factors of virulence located at chromossome, plasmidis or DNA phages. Thus, the objective of the research was to determine the frequency of ocurrence and the virulence of E. coli samples isolated at lakes inside the "Parque Estadual do Rio Doce-M.G." (PERD - MG). The sample collection happened in a monthly basis between May, 2004 and February, 2005 at Carioca, Jacaré, Gambazinho and Dom Helvécio lakes. By using the Multiple Tube Technique, it was verified that the researched lakes with samples inside had low rate of fecal coliform at the broad majority of the analysed samples. The fecal coliform density varied meaningfully (E. coli F=2,11 ; p = 0,35) but only in relation to the sample gathering months. The final results were of 458 (91%) of the environment strains of Escherichia coli isolated at the sampled lakes showed positive results regarding the specific biochemical tests for recognition of the E. coli species. The PCR technique was used for detection of the virulence genes stx1 and stx2 of EHEC, eae of EPEC and eltI of ETEC. The stx2 gene was detected within five E. coli strains, when isolated at the Carioca and Jacare lakes. None of the 80 isolated E. coli examinated showed the DNA segment corresponding to the stx1 gene, for the eae and elt I gene, only the isolated E. coli 373 (C LT) and E. coli 58 (C LT), respectively amplified the segment of the relevant gene. By using the agglutination technique at a sample 61,3% of the isolated E. coli agglutinated within the presence of a classic EPEC specific serum, 18.2% of the strains agglutinated to the serum type O157:H7 of EHEC and 20,5% were agglutinated at the presence of the EIEC specific serum. The characterization of the serym type O157: H7, five environments E. coli isolated did not ferment the sorbitol and only two did not ferment the rhamnose. High frequencies of E. coli strains which were resistant to ampiciline (20%), cefalotine (50%) and cefuroxime (14%) were verified, to the other antibiotics tested, the resistance when verified occurred in less than 10% of the isolated. All the sampled lakes showed fecal coliform levels much below than the allowed values by the CONAMA, as it refers to the batheability. In another side, the presence of virulence genes at the E. coli strains analysed sugests that there is a possibility to that the bather acquires gastrointestinal disease transmitted by the waters of the researched lakes. The Agglutination Technique, specificly meant for some determined types of serum is not always relationed to the pathogenicity of the strains and discrimination of sub-groups of EPEC, ETEC, EHEC and EIEC, requires the use of molecular techniques based in virulence genes. High frequency of antibiotic multi-resistant isolated E. coli will indicate possible spread of resistant strains by the bather and animals, there is also a risk for their health. The obtained data at this research can contribute to the keep of the ballance at the researched ecosystems and to amplify the research of the ecology of the E. coli Species considerating the isolation of the subtypes at the environment. 1 - RELEVÂNCIA E JUSTIFICATIVA _________________________________________________________________ O Parque Estadual do Rio Doce possui a maior área de Mata Atlântica preservada do estado de Minas Gerais. São aproximadamente 36.000 ha, que abrange parte dos municípios de Timóteo, Marliéria e Dionísio. No seu interior ocorrem cerca de 42 lagoas naturais que ocupam uma área de 3.530 ha, correspondentes a 9,8% da área total do parque, sendo a maior delas a lagoa Dom Helvécio, também conhecida como lagoa do Bispo, com área de 687 ha e profundidade máxima de 35m (TUNDISI et al., 1985). As Lagoas Dom Helvécio, Jacaré, Carioca e Gambazinho foram escolhidas para a realização deste trabalho e apresentam diferentes características, tais como: extensão, profundidade e riqueza de espécies animais e vegetais. Atualmente já é possível perceber o efeito impactante da atividade humana dentro do Parque em função das atividades recreacionais e em áreas circunvizinhas devido ao extenso desmatamento, a intensa produção de carvão vegetal e o cultivo de eucalipto. O Lago Dom Helvécio é o lago mais procurado pelo público para a realização das atividades de lazer e recreação por oferecer uma completa infraestrutura constituída por área de camping, restaurante, base para pescaria, prestação de serviços para passeios de barco, além da área de praia destinada ao banho dos turistas. As Lagoas Carioca e Gambazinho localizam-se dentro dos limites do PERD e são de acesso restrito aos visitantes, sendo permitido somente a visitação por pesquisadores e funcionários do Parque. Apesar da proibição, as práticas ilegais de pescaria e acampamento vêm acontecendo com freqüência nessas lagoas, colocando em risco a perfeita estabilidade desses dois ecossistemas ainda tão preservados. A Lagoa Jacaré encontra-se localizada no entorno do Parque, numa área onde há uma grande predominância de plantações de eucalipto. As instalações às margens da Lagoa Jacaré são extremamente inadequadas, não oferecem qualquer infra-estrutura para recreação, acampamento e a prática de pescaria, sendo possível detectar em alguns pontos da lagoa o escoamento de esgoto para dentro do corpo d’água. Considerando que a utilização de reservas ecológicas para fins recreacionais pode muitas vezes ser feita de maneira inadequada, 1 comprometendo a qualidade da água a ser utilizada pelos turistas, a identificação dos tipos patogênicos de E. coli irá possibilitar uma avaliação da diversidade ecológica e o grau de virulência desses microrganismos que circulam nas lagoas do Parque Estadual do Rio Doce. É importante ressaltar que uma série de doenças podem ser veiculadas pela água, tais como: gastroenterites, hepatites, poliomielite, doenças parasitárias e fúngicas. Escherichia coli diarreogênica é o grupo de bactérias mais comumemente detectado nos estudos em países em desenvolvimento, causando cerca de 30 a 40% de episódios de diarréia aguda em crianças (O`RYAN et al., 2005) Alta prioridade científica e política é dada à conservação da Floresta Atlântica, reconhecida como um dos biomas mais diversos e ameaçados do mundo (MYERS et al., 2000), principalmente devido ao desmatamento, atividades de mineração, siderurgia, poluição (esgoto não tratado) e introdução de espécies exóticas. Ainda assim, estudos detelhados dos ecossistemas aquáticos inseridos neste bioma são raros (BARBOSA, 1994). As águas naturais possuem um valor inestimável para indicar as condições ambientais de um determinado ecossistema. A avaliação dos recursos hídricos, bem como o gerenciamento e planejamento ambiental, não pode ser realizada sem este tipo de estudo (PIMENTEL, 2001). Este trabalho visa estabelecer parâmetros que possam ser utilizados em estudos futuros, permitindo embasar, com dados microbiológicos, as condições ambientas do Parque Estadual do Rio Doce, promovendo critérios para o controle e monitoramento da degradação ambiental que afeta em todos os níveis a fauna, a flora e a qualidade de vida do ser humano. Este projeto está inserido no Programa integrado de ecologia (PIE), subprograma: pesquisas ecológicas de longa duração (PELD), intitulado Dinâmica Biológica e a conservação da Biodiversidade da Mata Atlântica do Médio Rio Doce-MG. A duração do projeto é de 10 anos (1999-2008), tendo como objetivo geral o desenvolvimento de estudos ecológicos de longa duração voltados ao inventário e propostas de conservação da biodiversidade de grupos de organismos aquáticos e terrestres, considerando-se ainda os processos ecológicos responsáveis pela manutenção desta biodiversidade. 2 2 - REVISÃO BIBLIOGRÁFICA _________________________________________________________________ 2.1 - Contaminação microbiológica de corpos d´água naturais e os potenciais riscos à saúde humana. Os ambientes aquáticos são utilizados em todo o mundo com distintas finalidades, entre as quais se destacam o abastecimento de água, a geração de energia, a irrigação, a navegação, a aquicultura, recreação e a harmonia paisagística (LOPEZ-PIILA et al., 2000; MORAES & JORDÃO, 2002; LEBARON et al., 2005). O interesse mundial na qualidade da água a ser utilizada pela população está na associação entre água contaminada e a transmissão de doenças infecciosas (MUSA et al., 1999). Cada um dos usos da água requer características qualitativas diferentes, isto é, as exigências quanto ao grau de pureza variam com o emprego que será feito da água (BRANDÃO, 2001). Os padrões bacteriológicos de qualidade da água são baseados especificamente na proteção do consumidor, evitando então as doenças de veiculação hídrica (NOGUEIRA et al., 2003). Os agentes patogênicos podem entrar em corpos d´água utilizados para recreação através de descargas de esgoto “in natura” ou inadequadamente tratados, águas de arraste das chuvas em regiões urbanas ou rurais, dejetos de animais domésticos ou silvestres e, possivelmente, por meio dos próprios indivíduos que utilizam estas águas para recreação, aumentando o risco de transmissão de doenças para os banhistas (PAUL et al., 1995; WIGGINS, 1996; DOMBECK et al., 2000). Segundo ALM et al. (2003), a contaminação fecal em águas destinadas ao banho pode ser arriscada para os usuários, pois as fezes podem conter bactérias, vírus e protozoários que podem ser ingeridos e causar doença intestinal. Além disso, esses autores relatam que a agitação da água em conseqüência das atividades recreacionais também pode ressuspender bactérias do sedimento, apresentando um risco para as pessoas que se divertem no local de banho. Assim, quanto maior a contaminação, maior a probabilidade da água conter microrganismos patogênicos de origem entérica, tais como Salmonella spp., Shigella spp., vírus da hepatite A, vírus Norwalk causadores de doenças como gastroenterites, hepatite A, poliomielite, dentre outras (GREENBERG et al., 3 1992; DOMBECK et al., 2000). De 1999 a 2000, 59 surtos de doenças nos Estados Unidos foram atribuídos a exposição das pessoas em águas recreacionais, e 61% desses surtos foram de gastroenterites (ALM et al., 2003). 2.2- Grupo Coliforme como Indicador de Qualidade de Água A quantificação bacteriana em corpos d´água é de grande interesse para saúde pública, uma vez que a detecção de altos níveis bacterianos estão frequentemente associados com elevados níveis de patógenos entéricos (USEPA, 1996). Segundo ASHBOLT (2004), os microrganismos patogênicos, causadores de doenças transmitidas pela água, são predominantemente de origem fecal, sendo conhecidos como patógenos entéricos. ROMPRÉ et al. (2002) relatam que enteropatógenos tais como a E.coli O157:H7 geralmente aparecem em concentrações muito baixas em águas ambientais quando comparada à diversificada microbiota existente. Em decorrência do fato de que os microrganismos patogênicos usualmente aparecem de forma intermitente e em baixo número na água, pode-se pesquisar outros grupos de microrganismos que coexistem com os patogênicos nas fezes (AMARAL et al. , 1994). SHIBATA et al. (2004), afirmam que os microrganismos tipicamente utilizados como indicadores são aqueles encontrados em elevadas concentrações nas fezes humanas. Os coliformes fecais, um subgrupo dos coliformes totais representados principalmente pela espécie Escherichia coli, têm sido extensivamente utilizados no monitoramento da qualidade de águas e são considerados os mais específicos indicadores de qualidade de águas destinadas a potabilidade e balneabilidade (LÓPEZ-PILA & SZEWZYK, 2000; YOUN-JOO AN et al., 2002; ALM et al., 2003; NOGUEIRA et al., 2003; LEBARON et al., 2005). A qualidade bacteriológica de águas recreacionais é avaliada pelos mesmos indicadores recomendados para águas destinadas ao consumo humano, isto é, coliformes totais e coliformes fecais (YOSHPE-PURER et al.,1987). O Conselho Nacional do Meio Ambiente - CONAMA, no uso das competências que lhe são conferidas pela Lei nº 6938, de 31 de agosto de 1981, considerando que há a necessidade de serem criados instrumentos para avaliar a qualidade das águas, em relação aos níveis estabelecidos para a balneabilidade, 4 de forma que se assegurem as condições necessárias à recreação de contato primário, subdividiu as águas nas seguintes categorias: Tabela 1 - Padrões de Balneabilidade determinados pelo CONAMA (Resolução nº 274, de 29 de novembro de 2000) - Limites de Coliformes Fecais /100 mL por categoria. Categoria Limite de Coliforme Fecal (NMP/100mL) Limite de E.coli Limite de Enterococos (NMP/100mL) (NMP/100mL) Própria Excelente 250 200 25 Muito Boa 500 400 50 Satisfatória 1000 800 100 Imprópria > 2.500 > 2.000 >400 O grupo coliforme é constituído por bactérias pertencentes aos gêneros Citrobacter, Escherichia, Enterobacter e Klebsiella (NOGUEIRA et al., 2003) São bacilos aeróbios ou anaeróbios facultativos, Gram negativas e não formadores de esporos, oxidase-negativos, fermentam a lactose com produção de ácido, gás a 35,0 + 0.5ºC em 24-48 horas, e que podem apresentar atividade da enzima βgalactosidase (APHA,1998). Os coliformes fecais, mais especificamente a E. coli, fazem parte da microbiota intestinal do homem e outros animais de sangue quente, estes microrganismos quando presentes na água indicam a presença de contaminação fecal recente, e consequentemente, a presença de patógenos entéricos (YOUN-JOO AN et al., 2002; LEBARON et al., 2005). Nos últimos anos as características que fazem da E. coli o melhor indicador de contaminação fecal têm sido questionadas. Vários estudos têm demonstrado que a E. coli tem capacidade de persistir e se multiplicar num ambiente externo ao corpo do hospedeiro e, na ausência de contaminação fecal (FUJIOKA et al., 1999; SOLOGABRIELLE et al., 2000; GORDON, 2001; POWER et al., 2005). De 2002 a 2004, POWER et al. (2005) monitoraram freqüentes episódios de florescência e, detectaram altíssimas concentrações de E. coli nos Lagos Burragorang e Burley Griffin localizados na cidade de Sidney, Austrália. Esses corpos d´água são utilizados para o abastecimento público e atividade recreacional respectivamente e, não recebem aporte de esgoto fecal. Os resultados desse estudo sugerem que algumas cepas de E. coli desenvolveram um estilo de vida livre que não requer a 5 condição de um hospedeiro para sobreviver. Para os autores a presença da cápsula em linhagens de E. coli isoladas de episódios de florescência pode aumentar consideravelmente o tempo de sobrevivência desses microrganismos no ambiente externo, pois a cápsula desempenha importantes funções, tais como: barreira física protetora contra a dessecação, contra a radiação ultravioleta e predação; intensifica a formação de biofilmes e ameniza a pressão ambiental pela absorção de íons e aumento do potencial redutor (WEINER et al., 1995). Apesar da E.coli ser um habitante comensal do trato intestinal de mamíferos, linhagens diferentes de E.coli têm preferência por diferentes nichos ecológicos, podem também ser encontrados em outros locais, oriundos de vegetais e do solo (RIVERA et al., 1988; FUJIOKA et al., 1999; GORDON & COWLING, 2003). RIVERA et al. (1988) isolaram E. coli de águas naturais preservadas de contaminação fecal como águas acumuladas em bromélias e águas de chuvas em florestas tropicais. Neste estudo, os autores supõem que em algum momento essas bactérias tiveram origem fecal e que, ao longo da evolução desenvolveram mecanismos para sobreviver indefinidamente em ambientes tropicais como parte da microbiota normal de alguns vegetais ou, que a E. coli sempre fez parte da microbiota natural de áreas tropicais. RIVERA et al. (1988) afirmam que a ocorrência natural de coliformes fecais em águas não poluídas nega a validade do uso deste grupo de bactérias como indicador de contaminação fecal recente. Esses autores acreditam que é preciso reavaliar o uso dessa bactéria como indicadora de contaminação fecal, isto não significa que os tradicionais padrões bacteriológicos para análise de água devem ser abandonados, mas deve-se considerar que estas bactérias são de fato capazes de sobreviver e proliferar em outras condições além daquelas do trato intestinal de animais de sangue quente. Apesar dessas divergências conceituais, para HIGUTE et al. (1998), a utilização das bactérias do grupo coliforme têm demonstrado eficiência no monitoramento de águas doces em relação à presença de contaminação fecal. BORGES et al (2003) em estudos realizados ao longo da Bacia do Arroio Feijó localizada em Porto Alegre – RS, detectaram concentrações de E.coli de 26 a 2400 NMP/ 100 ml em amostras de águas coletadas, sendo que estes níveis encontram-se bem acima do limite de 1000 NMP 100 ml–1 estipulado pelo CONAMA para balneabilidade. Os resultados deste estudo demonstraram que a diversidade genética encontrada entre os isolados de E. coli é conseqüência de 6 fatores ambientais tais como: despejo de esgoto fecal na área de estudo, presença de animais domésticos e de criação rural no entorno e, assoreamento do corpo d´água. 2.3 - Escherichia coli Escherichia coli é um habitante normal da microbiota intestinal de humanos e outros animais de sangue quente (YOUN-JOO AN et al., 2002). A espécie foi descrita pela primeira vez em 1885 por Theodor Escherich, um pediatra Alemão, que mencionou a alta prevalência dessa bactéria na microbiota normal de indivíduos saudáveis, bem como o seu alto potencial de causar doenças quando presente em sítios intestinais e extraintestinais (ROBINS-BROWNE et al., 2002). Segundo KUHNERT et al. (2000), existe uma grande diversidade de linhagens de E. coli comensal pertencentes a diferentes sorotipos e, que podem ser isoladas das fezes de indivíduos saudáveis. Estas linhagens são eliminadas maciçamente no ambiente e podem contaminar os alimentos, a superfícies de corpos d`água e os sedimentos, geralmente sem causar nenhum efeito adverso a saúde humana. A cepa E. coli K-12, por exemplo, é uma variante dentro da espécie e, é considerada um habitante normal da microbiota intestinal de humanos e animais. Os referidos autores relatam que mais de 20% da informação genética encontrada na maioria das linhagens patogênicas de E. coli não estão presentes em E. coli K-12 que é um sorotipo não patogênico. MUHLDORFER et al. (1996) demonstram em seus estudos que nenhum gene de virulência foi detectado em linhagens de E. coli K-12 isoladas das fezes de indivíduos saudáveis. De acordo com BLUM et al. (1996), a maioria das linhagens de E. coli K-12 apresentam uma mutação dentro do agrupamento de genes rfb que afeta a organização do antígeno -O e então essas linhagens representam um sorotipo não patogênico. Laboratórios de pesquisa em todo o mundo utilizam extensivamente derivados dessa linhagem em experimentos científicos, que têm contribuído significativamente para esclarecer os mecanismos elementares da biologia molecular e das bases genéticas da vida (BLUM et al., 1996; KUHNERT et al., 2000). 7 A E. coli comensal da microbiota intestinal é considerada inofensiva para o hospedeiro e é um patógeno oportunista. Segundo BERG (1996), a microbiota normal associada ao trato digestivo é responsável por três funções importantes para a saúde do hospedeiro. Essas funções são as seguintes: resistência à colonização devido a inibição da multiplicação de microrganismos exógenos; imunomodulação que permite uma resposta imune mais rápida e adequada durante uma agressão infecciosa; e contribuição nutricional que fornece vitaminas, substratos energéticos e reguladores na forma de ácidos graxos voláteis. Somente em algumas raras circunstâncias as linhagens de E. coli comensal podem tornar-se uma ameaça para o indivíduo saudável (KUHNERT et al, 2000). Para SANTOS et al. (2003), os microrganismos da microbiota intestinal indígena podem causar doença e tornar uma ameaça para o indivíduo quando ocorre um eventual desequilíbrio do ecossistema digestivo ou quando estes microrganismos alcançam sítios estéreis do corpo. Este desequilíbrio pode ser devido a uma imunossupressão do indivíduo ou terapias com antimicrobianos. Pacientes com o sistema imune debilitado são incapazes de conter os microrganismos comensais no seu habitat natural após o rompimento da barreira natural entre o intestino e outros sítios estéreis do corpo (KUHNERT et al., 2000). Segundo FINLAY & FALKOW (1997) as linhagens patogênicas de E.coli podem ser derivadas de cepas comensais pela aquisição de operons de virulência. Desse modo, E. coli comensal entérica pode ser considerada um potencial reservatório natural para o surgimento de cepas patogênicas. 2.4 - Fatores de virulência em Escherichia coli As linhagens patogênicas de E. coli, causadoras de infecções intestinais ou extraintestinais, abrigam numerosos fatores de virulência localizados em cromossomos, plasmídeos ou DNAs de bacteriófagos. A patogenicidade das cepas de E. coli está relacionada ao impacto cumulativo de um ou vários fatores de virulência, os quais servem para diferenciar cepas patogênicas de não patogênicas (JOHNSON, 1991). De acordo com NATARO & KAPER (1998) várias grupos patogênicos distintos de E. coli diarreiogênicas são reconhecidos, sendo cada grupo definido por um conjunto de determinantes associados a virulência que agem adequadamente para determinar os aspectos clínicos, patológicos e 8 epidemiológicos da doença que eles causam. KUHNERT et al. (2000) citam que a maioria dos genes encontrados em E. coli patogênica codificam vários fatores que determinam a virulência e o sorogrupo da linhagem. Segundo ROBINS-BROWNE et al. (2002), os grupos de E. coli representam uma família de clones onde parte do código genético desses microrganismos abrigam regiões contendo seqüências gênicas determinantes para a virulência da cepa, as quais foram adquiridas por transferência horizontal de genes de E. coli e outras espécies bacterianas. BRITO et al. (2004) relatam que as características de virulência das linhagens patogênicas de E. coli podem ser transferidas de cepas patogênicas para não patogênicas através de plasmídios. Para ROBINS-BROWNE et al. (2002), a patogenicidade de E. coli é um complexo mecanismo multi-fatorial envolvendo um grande número de fatores de virulência os quais variam de acordo com a classificação dos grupos dentro da espécie. A esse respeito ROBINS-BROWNE et al. (2002) ainda relatam que, os determinantes de virulência de cada grupo de E. coli são diferentes, entretanto eles podem ser categorizados como: “fatores de colonização” que favorecem a íntima ligação da bactéria à mucosa intestinal e impede a remoção da mesma pelo peristaltismo, e a “liberação de toxinas”, as quais interferem nos processos fisiológicos normais da célula hospedeira. KUHNERT et al. (2000) definiram os mecanismos de virulência em E. coli como: fatores capazes de modificar a superfície celular, fatores com função de fixação à célula hospedeira, toxinas, invasinas, sistemas de secreção que exportam proteínas, dentre outros. As investigações sobre fatores de virulência em E. coli têm revelado interessantes informações a respeito da evolução e surgimento de novas linhagens patogênicas. Acredita-se, atualmente, que o surgimento dos vários tipos patogênicos de E. coli seja um processo evolutivo à partir de cepas comensais. Embora E. coli seja encontrada no ambiente e ocorra no intestino animal, a transferência de genes entre as cepas tem permitido a transição de tipos comensais para patogênicos (FINLAY & FALKOW, 1997). Além desse processo, a instabilidade genética também tem sido apontada como mecanismo explicativo, uma vez que o rearranjo genético espontâneo seja freqüentemente demonstrado. O detalhamento desse mecanismo embora não totalmente elucidado, parece ser um processo importante considerando a tendência natural dos organismos de se ajustarem ao nicho ecológico onde se encontram (CLARKE, 2001). Por exemplo, 9 uma comparação entre a seqüência genômica da linhagem não patogênica da E.coli K-12 e EHEC O157:H7 revelou que essas bactérias apresentam em comum uma determinada seqüência de DNA, que contém numerosos genes que foram adquiridos ao longo da evolução pela integração de plasmídeos, transposons e bacteriófagos. A técnica de PCR tem se mostrado uma ferramenta indispensável para a identificação de genes de virulência em isolados bacterianos, uma vez que oferece a possibilidade de rápido diagnóstico nos casos específicos de infecções por E. coli (PASS et al., 2000). Os resultados dos estudos de MUHLDORFER et al. (1996) revelaram que 63,4% das linhagens de E. coli isoladas das fezes de indivíduos saudáveis e 41% das linhagens isoladas de água apresentaram genes de virulência específicos para E. coli causadora de infecções extraintestinais. Por outro lado, nenhum gene de virulência específico para E. coli enteropatogênica foi detectado entre os isolados de água e, 4,5% das linhagens isoladas das fezes carreavam simultaneamente genes de virulência intestinal e extraintestinal. Segundo MALDONADO et al. (2005), a presença de linhagens patogênicas de E. coli no ambiente pode ser uma fonte potencial para a contaminação de alimentos e águas de abastecimento. 2.5 - Escherichia coli enteropatogênicas e as Gastroenterites A doença diarréica continua sendo uma das principais causas da alta morbidade e mortalidade entre crianças e adultos em todo o mundo e, a água, permanece como a principal rota de transmissão de patógenos entéricos em países subdesenvolvidos. Dados de 1980 sugerem que a freqüência de diarréias na infância permaneceu relativamente constante, mas houve um declínio significativo no número de mortes associadas a essa doença (PRASHAR et al., 2003 ). Estimativas indicam que em 1990 ocorreram aproximadamente 1,4 bilhões de episódios de diarréia entre as crianças menores de 5 anos de idade que vivem em países subdesenvolvidos. Aproximadamente 2 a 2,5 milhões de mortes associadas à diarréia foram estimadas anualmente dentro dessa faixa etária, a grande maioria dos casos de mortes concentradas em áreas empobrecidas do mundo (RYAN et al., 2005; KOSEK et al., 2003). RYAN et al. (2005) relatam que as crianças que vivem em regiões sócio-economicamente pobres estão mais 10 susceptíveis a freqüentes episódios de diarréia, freqüentes quadros de desidratação, e o índice de morte é muito mais elevado quando comparadas àquelas que vivem em áreas desenvolvidas. Estes eventos são um reflexo de numerosas condições típicas do quadro de pobreza em que vivem a maioria das pessoas em regiões subdesenvolvidas, e que incluem: deficiência em infraestrutura como rede de esgoto e água tratada, constante aglomeração e exposição de animais junto a população e no peridomicílio, falta de padrões de higiene pessoal e para o manuseio de alimentos, dificuldades de acesso a serviços médicos e baixo nível educacional da população. Segundo PRASHAR et al. (2003), 85% das mortes por diarréia ocorrem nos países menos privilegiados do mundo que estão localizados principalmente nos continentes da Ásia, África, Índia e América Latina. Os estudos demonstram que em países de baixa renda a diarréia representa 21% do total de mortes em crianças menores de cinco anos de idade, já nos países desenvolvidos essa porcentagem representa pouco mais de 1% das mortes (O`RYAN et al., 2005) Segundo JOSÉ & BOBADILLA (1994), as gastroenterites causadas por E. coli enteropatogênica (EPEC), E. coli enterotoxigênica (ETEC), Shigella sp., Vibrio cholerae e rotavírus têm sido as principais causas da alta morbidade e mortalidade infantil em quase todos os países do mundo e estão frequentemente associadas com precárias condições sanitárias e casos de crianças subnutridas. Entre os enteropatógenos bacterianos, a E. coli tem sido considerada o principal agente etiológico de doença diarrêica para humanos. De acordo com pesquisa realizada na cidade do Rio de Janeiro envolvendo 253 crianças maiores de três anos de idade constatou-se que linhagens de E. coli diarreiogênica foram encontradas em 70 (27,6%) crianças, incluíndo 54 crianças (27,1%) com diarréia e 16 crianças (29,6%) sem diarréia (REGUA–MANGIA et al., 2004). Para BENICIO et al. (2000), a doença diarréica em crianças é um dos maiores problemas de saúde pública enfrentados pelos países em desenvolvimento, constituindo, nessas sociedades, uma das principais causas de mortalidade precoce, um determinante crucial do retardo do crescimento na infância e uma das razões mais freqüentes para procura de serviços de saúde. 11 2.6 - Principais subgrupos de E. coli diarreiogênicas As linhagens diarreiogênicas de E. coli são classificadas em seis categorias de acordo com as características de patogenicidade: E. coli enteropatogênica (EPEC), E. coli enterotoxigênica (ETEC), E. coli enterohemorrágica ou Produtora de Toxina Shiga (EHEC/STEC), E. coli enteroinvasora (EIEC), E. coli enteroagregativa (EAEC), E. coli difusamente aderente (DAEC) (KAPER et al., 2004). YATSUYANAGI et al. (2003) fizeram a caracterização genética de cepas de E. coli associadas a um surto de diarréia transmitido pela água, e que envolveram estudantes na faixa etária de 12 a 15 anos. Dos 75 estudantes investigados, 41 apresentaram os sintomas clínicos da doença e, a análise genética das amostras de E. coli isoladas, revelaram a presença de genes específicos e essenciais para a caracterização de E. coli enteropatogênica (EPEC) e E. coli enteroagregativa (EAEC), por outro lado nenhum gene para E.coli enterohemorrágica (EHEC) foi detectado. 2.6.1 - Escherichia coli enteropatogênica (EPEC) KOBAYASHI et al. (2000), CLARKE (2001) relatam que o subgrupo de E. enteropatogênica (EPEC) são linhagens de E. coli diarreiogênicas historicamente associadas a surtos de diarréia infantil principalmente em países subdesenvolvidos. Segundo NATARO & KAPER (1998) esse patógeno atinge principalmente crianças menores de dois anos de idade e os sintomas são bastante severos. As crianças contaminadas apresentam diarréia aquosa persistente, febre e vômitos. Para TRABULSI et al. (2002), EPEC pertence a um limitado número de sorotipos, sendo que cerca de 80% das amostras isoladas das fezes de crianças pertencem aos sorotipos O55:H6, O86:H34, O111:H2, O119:H6, O127:H6, O142:H6 e O142:H34. A maioria desses sorotipos corresponde a clones geneticamente próximos quando estudados por métodos moleculares. VILJANEN et al. (1990) afirmam que embora as infecções por EPEC sejam predominantes em crianças, a bactéria também pode causar diarréia em adultos quando houver ingestão de grande quantidade do inóculo, cerca de 108 a 1010 ufc. 12 De acordo com NATARO & KAPER (1998), a EPEC tem como principal reservatório o homem, raramente são encontradas em animais, e quando presentes, os sorotipos identificados não correspondem aqueles de humanos. Assim como outras E. coli diarreiogênicas a transmissão da EPEC é fecal-oral. KUHRNERT et al. (2000) relatam que usualmente a bactéria é transmitida pela água, alimentos contaminados e colonizam o intestino delgado. As bactérias aderem firmemente às vilosidades das células epiteliais intestinal e causam uma lesão típica, denominada lesão “attaching/effacing” ou lesão A/E. O principal aspecto dessa lesão é o desarranjo do citoesqueleto e acúmulo de actina polimerizada logo abaixo do local de adesão, incluindo destruição da borda das vilosidades e a formação de uma estrutura do tipo pedestal no topo da vilosidade, onde a bactéria se liga e permanece em íntimo contato com as células (KAPER et al., 2004). EPEC usualmente não invade a mucosa intestinal e não produz toxinas (TRABULSI et al., 2002). Segundo ZHANG et al. (2002), genes codificados por cromossomos e plasmídeos são necessários para formação da lesão A/E. Os principais fatores de virulência das EPEC típicas incluem a fímbria BFP (“ bundleforming pili ”); uma proteína chamada intimina; um aparelho de secreção do tipo III e várias proteínas secretadas. O gene eae que codifica a proteína intimina e o gene esp que codifica a secreção de proteínas envolvidas na sinalização celular encontram-se localizados em ilhas de patogenicidade, denominada região LEE (“Locus of Enterocyte Effacement”). Um grande plasmídio denominado EAF (“EPEC Adherence Factor”) abriga o agrupamento de genes bfp (“ bundle-forming pili”) e regula a expressão de eae. BFP é um tipo de fímbria responsável pela ligação da EPEC nas células epiteliais e formação de microcolônias, um processo denominado de aderência localizada (LA) (NATARO & KAPER, 1998; KOBAYASHI et al., 2000; ROBINS-BROWNE & HARTLAND, 2002; TRABULSI et al., 2002; ZHANG, et al., 2002; CLARKE et al., 2003; KAPER et al., 2004). Para VIDOTTO et al. (2000), diagnósticos de infecções por EPEC realizados por meio de métodos convencionais, tais como, os testes sorológicos são restritos quanto a sensibilidade e especificidade. Entretanto a utilização de técnicas moleculares como análise de seqüências de DNA e a PCR (“Reação em Cadeia da Polimerase”), são considerados métodos de alta especificidade, portanto necessários para uma adequada caracterização de linhagens de EPEC associadas a episódios de diarréia em diferentes regiões. De acordo com 13 KOBAYASHI et al. (2000), no Brasil a diarréia ainda é um importante problema de saúde pública e em várias partes do país linhagens de EPEC tem sido isoladas de crianças com baixo nível sócio-econômico durante episódios de diarréia. Os referidos autores KOBAYASHI et al. (2000) verificaram em estudos realizados no Hospital Universitário de Londrina-PR, que dentre as 442 amostras de E. coli isoladas de crianças menores de dois anos de idade e com diarréia, 18,6% dos isolados apresentaram um ou mais fatores de virulência característicos para EPEC. 2.6.2 - Escherichia coli enterotoxigênica (ETEC) Para WOLF (1997), a E. coli enterotoxigênica (ETEC) é uma causa comum de diarréia infecciosa especialmente em países de climas tropicais onde água tratada e de boa qualidade não encontra-se totalmente disponível para população. REGUA-MANGIA et al. (2004) afirmam que essas bactérias estão associados à precárias condições de higiene e de saneamento básico e são, de maior importância em países subdesenvolvidos. De acordo com GAASTRA & SVENNERHOLM (1996) e KUHRNERT et al. (2000), a E. coli enterotoxigênica é a causa mais comum de diarréia em crianças nos países subdesenvolvidos e em viajantes dessas áreas. A doença no adulto é conhecida como diarréia do viajante e é usualmente uma doença aguda com sintomas consistindo de fezes líquidas, náusea, vômito e cólicas abdominais (KAPER et al., 2004). Como a maioria dos agentes enteropatogênicos, as ETEC são de transmissão fecal-oral. Os casos de infecções provavelmente ocorrem devido a ingestão de água ou alimentos contaminados com a bactéria (KUHRNERT et al., 2000). WOLF (1997) cita que em relação ao número de casos da doença e quanto a severidade dos sintomas, a infecção atinge principalmente crianças e recém-nascidos. Um outro importante grupo de risco envolve os viajantes que entraram em contato com a bactéria em regiões subdesenvolvidas, mas a mortalidade não é um problema eminente dentro desse grupo. VICENTE et al. (2005) relatam que de janeiro a março de 1998, surtos severos causados por ETEC foram notificados em duas pequenas vilas localizadas ao longo do rio Solimões – Amazonas. Na colônia da Vila Juruá, a diarréia aguda acarretou a morte de quatro crianças na faixa etária de 2 a 12 14 meses de vida e a morte de um adulto de 24 anos. Na outra vila afetada, Vila Envira, formada por uma comunidade de seringueiros, pelo menos 11 adultos foram hospitalizados e uma morte foi constatada. ADHIKARI et al. (1985) e DANIELS et al. (2000) afirmam que a E. coli enterotoxigênica (ETEC) não é um patógeno comum em países desenvolvidos embora tenha sido identificada durante surtos de gastroenterite infantil em hospitais dessas regiões e também em outros episódios de surtos envolvendo a contaminação de água e alimentos. Segundo ROSENBERG et al. (1977), um dos maiores surtos causados por ETEC nos Estados Unidos ocorreu dentro de um parque nacional e envolveu mais de 2000 pessoas que utilizaram a água de um lago recreacional. Segundo WOLF (1997), a diarréia causada por ETEC é muito semelhante à cólera, ambas resultam da ingestão de grande quantidade do inóculo da bactéria que então coloniza o intestino delgado e passa a produzir toxinas que causam a secreção de líquido para dentro da luz intestinal. Para VICENTE et al. (2005), a virulência das linhagens de ETEC é devido a habilidade da bactéria de produzir enterotoxinas e expressar adesinas de superfície que permitem a colonização das células do epitélio intestinal. Os principais fatores de virulência das ETEC são as enterotoxinas LT e ST e as adesinas (ECHEVERRIA et al., 1993). Dois diferentes grupos de enterotoxinas são produzidas por ETEC, as toxinas termo lábeis (LT-I e LT-II) codificadas pelos genes eltI e eltII, respectivamente, e as toxinas termoestáveis (STa e STb) codificadas pelos genes stIA e stIB (KAPER et al., 2004). Os genes que codificam as enterotoxinas LT e ST de ETEC estão localizados em plasmídeos (ECHEVERRIA et al.,1993). A LT-I é antigenicamente semelhante a toxina produzida pelo V. cholerae, sendo que as seqüências de aminoácidos de ambas apresentam aproximadamente 80% de homologia, e tem o mesmo modo de ação (CLARKE, 2001; WOLF, 1997). As toxinas LT-I e STa são produzidas por cepas de E. coli isoladas de seres humanos, já as toxinas LT-II e STb são produzidas por cepas de E. coli isoladas de animais, mas atualmente já existem relatos do isolamento de cepas E. coli produtoras destas toxinas em seres humanos (TRABULSI et al., 2002; KAPER, et al., 2004). Segundo WOLF (1997), além das enterotoxinas, três outros fatores de virulência são investigados para identificar e caracterizar linhagens de ETEC: sorogrupo O, sorogrupo H, e o fator antigênico de colonização (CFAs). Tais 15 investigações são baseadas em lipopolissacarídeos, flagelos e adesinas fimbrais, respectivamente. Esses fatores são importantes uma vez que todos estão expostos na superfície celular da bactéria e atualmente são considerados antígenos promissores a serem testados para síntese de vacinas contra ETEC. 2.6.3 - Escherichia coli enterohemorrágica (EHEC) Dentre os isolados de E. coli enterohemorrágica (EHEC), aqueles pertencentes ao sorogrupo O157 são os mais importantes em termos de episódios de doença humana (BOLTON 1998; PATON & PATON, 1998). Segundo CLARKE (2001), o principal componente de virulência desse grupo é a produção de uma toxina que tem atividade citotóxica sobre células Vero e, é denominada Verotoxina (VT), essa toxina também é reconhecida como toxina Shiga (Stx) ou toxina “Shiga-like" (SLT), devido sua similaridade com a toxina produzida pela Shigella dysenteriae. A toxina Shiga foi primeiramente identificada em S. dysenteriae. Essa proteína é codificada por um gene cromossomal que pode ser facilmente transferido para linhagens de E. coli por intermédio de bacteriófagos (ROBINS-BROWNE & HARTLAND, 2002). Dois principais grupos antigênicos distintos da toxina ocorrem e são identificados como Stx1 que é similar a toxina tipo I de S. dysenteriae, e a Stx2 que apresenta 11 variantes distintas (PATON & PATON, 1998; GARCIA –ALJARO et al., 2005). Portanto, o subgrupo da espécie que comumente é denominado E. coli enterohemorrágica (EHEC), é também nomeado de E.coli produtora de toxina Shiga (STEC) ou E. coli verocitotoxigênica (VETEC) (CAPRIOLI et al, 2005; GARCIA–ALJARO et al., 2005). No início da década de 80, a E. coli enterohemorrágica (EHEC) sorotipo O157: H7 emergiu como patógeno humano após o relato da ocorrência de dois surtos provocados por essa bactéria nos Estados Unidos (RILEY et al., 1983). Desde então, novos surtos em várias partes do mundo são notificados, incluindo, América do Norte, Europa Ocidental, Austrália e Ásia (COWDEN et al., 2001; ELLIOT et al., 1995; YAMAMOTO et al., 2001). As EHEC são encontradas nas fezes da maioria dos animais domésticos, mas em termos de infecção humana o reservatório mais importante é o gado bovino 16 aparentemente saudável (CLARKE, 2001; TRABULSI et al., 2002). KARCH et al. (1999) citam que a E. coli O157:H7 também já foi isolada de cães, cavalos, carneiros e gaivotas. A transmissão da bactéria pode ocorrer pela ingestão de alimentos contaminados, tais como, carnes, leite não pasteurizado, água, pelo contato pessoal, ou transmitida por animais (CLARKE, 2001). A causa mais comum de infecção tem sido a ingestão de carnes mal passadas principalmente de origem bovina. Nos últimos anos vem aumentando o envolvimento de outros veículos de transmissão, entre eles águas de recreação e da rede pública, vegetais, frutas e sucos fermentados (TRABULSI et al., 2002; ALFREDO et al., 2005). As infecções humanas por EHEC estão associadas a uma variedade de síndromes clínicas, incluindo diarréia com presença de sangue, colite hemorrágica e síndrome urêmica hemolítica (SUH) que é caracterizada por falência renal aguda, anemia hemolítica e trombocitopenia (MULLER et al., 2001; CLARKE, 2001). Os dados revelam que 2% a 7% dos indivíduos infectados normalmente desenvolvem a síndrome urêmica hemolítica que é mais comum em crianças (CLARKE, 2001). Uma característica fenotípica bem descrita do sorogrupo O157: H7 é sua incapacidade para fermentar sorbitol. O crescimento de colônias não fermentadoras de sorbitol em ágar MacConkey Sorbitol pode ser uma indicação presuntiva de E. coli O157: H7, principalmente quando as culturas originarem de fezes com presença de sangue (MARCH & RATNAM, 1986; OJEDA et al., 1995). Ágar seletivos baseados na incapacidade de E. coli O157: H7 fermentar sorbitol ou ramnose tem sido usado para isolar essa linhagem de uma variedade de amostras pelo método de cultura direta (MARCH & RATNAM, 1986; CHAPMAN et al., 1991). De acordo com NATARO & KAPER (1998), a dose infecciosa é bastante baixa, menos de 100 microrganismos é suficiente para causar a doença conforme relatado nas investigações em episódios de surtos. Surtos envolvendo a transmissão de E. coli O157:H7 por meio de águas recreacionais, águas de poços e águas oriundas de sistemas de abastecimento têm sido relatados (KEENE et al., 1994; SWERDLOW et al., 1992). A habilidade desses microrganismos de causar doença, sendo a água o principal veículo de transmissão, foi demonstrado em dois grandes surtos, onde em um deles à população consumiu água de abastecimento inadequadamente tratada (SWERDLOW et al., 1992), e no outro 17 as pessoas infectadas nadaram em águas de um lago contaminado (KEENE et al., 1994). Segundo HRUDEY et al. (2003), um dos grandes surtos de E. coli O157:H7 transmitidos pela água ocorreu em Walkerton, Ontário – Canadá, onde 1.346 casos de gastroenterites foram notificados e 167 casos foram confirmados para infecção por E. coli O157:H7. GRIFFIN & TAUXE (1991) sugerem que há uma aparente atenuação na transmissão de E. coli O157: H7 pela água onde esses microrganismos encontram-se diluídos, mas ainda sim eles são capazes de causar doença quando ingeridos, pois uma baixa dose infectante é suficiente para causar a infecção. 2.6.4 - Escherichia coli enteroagregativa (EAEC) EAEC são reconhecidas como causa de diarréia persistente em crianças e adultos, tanto em países em desenvolvimento como nos desenvolvidos. EAEC são definidas como um grupo de E. coli que se adere em determinadas linhagens celulares cultivadas in vitro , como as células Hep-2 e HeLa num padrão de adesão denominado “ stacked-brick “ ( NATARO & KAPER, 1998). O padrão de adesão agregativo é mediado por fímbrias de aderência agregativas (AAFs) (CZECZULIN et al., 1997). Recentemente foi descrita uma proteína chamada dispersina que forma uma camada frouxamente associada com a superfície de EAEC e parece conter um forte efeito agregativo com as adesinas AAFs, facilitando a multiplicação e penetração através da mucosa (KAPER et al., 2004). As amostras EAEC são genética e fenotipicamente heterogêneas devido a algumas apresentarem as fímbria AAF/I e/ou AAF/II, e diversas toxinas. Dentre estas toxinas, duas são codificadas no mesmo “lócus” cromossômico, em fitas separadas. Um gene codifica para uma protease que possui atividade mucolítica, chamada PiC (“protein involved in intestinal colonization”). A fita oposta codifica uma enterotoxina que é conhecida como Shigella “enterotoxin” 1 (SHEt1), estando presente na maioria das linhagens de Shigella flexineri. Uma Segunda enterotoxina descrita é a EAST-1, codificada pelo gene astA, presente em 40% das amostras de EAEC. EAST-1 é uma enterotoxina termoestável homóloga a STa de ETEC. Muitas cepas EAEC secretam uma toxina chamada PET 18 (“Plasmid-encoded toxin”), que é codificada por um plasmídio de virulência. PET possui atividade enterotóxica, provocando alterações no citoesqueleto e arredondamento celular pela clivagem da proteína do citoesqueleto espectrina (KAPER et al., 2004). A patogênese de EAEC envolve três estágios: aderência na mucosa intestinal por meio das fímbrias de aderência agregativa (AAF) ou outros fatores de aderência; aumento da produção de muco pela bactéria formando biofilme; produção de toxinas e processo inflamatório, resultando em lesões na mucosa intestinal (NATARO & KAPER, 1998). Segundo TRABULSI et al. (2002), números crescentes de relatos epidemiológicos associando EAEC à doença diarréica aguda tanto em países desenvolvidos quanto em desenvolvimento, demonstram que EAEC é considerada um patógeno emergente. 2.6.5 - Escherichia coli enteroinvasora (EIEC) EIEC compreende um grupo de E. coli que invade e destrói o epitélio do cólon produzindo uma doença caracterizada por febres e cólicas, com presença de sangue e leucócitos nas fezes (CLARKE, 2001). A infecção intestinal causada por EIEC é estritamente relacionada à infecção por Shigella dysenteriae e são mais freqüentes em crianças maiores de dois anos de idade e no adulto (TRABULSI et al., 2002). A patogênese de EIEC/Shigella compreende penetração nas células epiteliais (células M), seguido de lise do vacúolo endocítico, multiplicação intracelular, movimento através do citoplasma e invasão basolateral para as células adjacentes (NATARO & KAPER, 1998). A invasão da mucosa por EIEC provoca intensa reação inflamatória tecidual e disentérica (LEVINE, 1987). Os genes requeridos para o mecanismo de patogenicidade estão presentes em um plasmídio (pInv) encontrado em EIEC e em Shigella. Um terço deste plasmídeo é composto por seqüências de inserção (IS), as quais são muito importantes para a evolução do plasmídeo de virulência. Este plasmídeo codifica fatores de virulência como as múltiplas proteínas do sistema de secreção do tipo III, responsáveis por eventos de sinalização, rearranjos do citoesqueleto, lise do vacúolo endocítico e 19 outras ações (KAPER et al., 2004). Embora o sistema de secreção tipo III seja essencial para as características invasivas de EIEC, fatores de virulência adicionais, tais como, serina protease (SepA), sistema de aquisição de ferro e outras proteases têm sido descritas ( NATARO & KAPER, 1998). 2.6.6 - Escherichia coli Difusamente Aderente (DAEC) As linhagens de DAEC são definidas pelo padrão de adesão difusa em cultura de células Hep-2 e HeLa. DAEC tem sido implicada como causa de diarréia em vários estudos, particularmente em crianças com mais de um ano de idade (KAPER et al., 2004). A maioria das linhagens de DAEC apresenta uma adesina chamada F1845, que seria responsável pela aderência difusa da bactéria ao epitélio intestinal. O gene que codifica esta fímbria pode estar no cromossomo ou em plasmídeos (NATARO, 1996). Estas linhagens induzem efeito citopático que é caracterizado pelo desenvolvimento de longas extensões celulares, que envolvem o local ao redor da bactéria aderida, mas sem internalização da bactéria (KAPER et al., 2004). 2.7 - Susceptibilidade de Escherichia coli a antimicrobianos A maioria dos estudos sobre resistência a antimicrobianos em ambientes aquáticos tem envolvido bactérias de origem fecal, pois estas são utilizadas como indicadores de poluição e podem estar associadas a doenças infecciosas (FRENCH et al., 1987; GONI – URRIZA et al., 2000; ASH et al., 2002). Os coliformes fecais podem carrear elementos genéticos extra cromossômico frequentemente denominado de fator de resistência, fator R ou plasmídeo R que determina a resistência a antibióticos, esses plasmídeos podem ser transferidos entre membros da família Enterobacteriaceae bem como para outras bactérias patogênicas e não patogênicas (CLOWES, 1972; COOKE, 1976). Linhagens de E. coli resistentes a antibiótico tem sido isoladas de rios, lagos e água potável (ASH et al., 2002; BEDARD et al., 1986), áreas costeiras (WEBSTER et al., 2004), água do mar e moluscos marinhos (COOKE, 1976), esgotos (COOKE, 1976) e ambientes hospitalares (EL KHOLY et al., 2003). A presença de fatores 20 de resistência a antibióticos nas bactérias encontradas nas águas de consumo ou de recreação contaminadas, pode constituir uma ameaça direta ao homem, pela transferência eventual destes plasmídeos para a microbiota intestinal normal (DRAPEAU & KASATYA, 1977). A seleção de organismos resistentes na natureza provavelmente resulta da produção de antibióticos por organismos do solo (ASH et al., 2002), do uso indiscriminado de antimicrobianos nas medicinas humana e veterinária e práticas agrícolas. Atualmente é comum a detecção de linhagens de Escherichia coli isoladas de humanos e animais resistentes a pelo menos duas classes de antibióticos, tal fato acarreta um impacto crescente nas opções terapêuticas disponíveis (VON BAUM & MARRE, 2005). As infecções causadas por microrganismos resistentes dificultam a terapia restringindo o uso dos antibióticos. Qualquer origem potencial de bactérias resistente a antibiótico pode, entretanto ser considerado um risco para saúde. Esta é a razão pelo interesse no teste de susceptibilidade aos antimicrobianos para linhagens bacterianas como E. coli que sobrevive em diferentes condições ambientais (BALDINI et al., 1991). 21 3 - OBJETIVOS _________________________________________________________________ 3.1 - Objetivo Geral Determinar o potencial patogênico de linhagens de Escherichia coli isoladas de lagoas do Parque Estadual do Rio Doce, a partir da avaliação da freqüência dos fatores de virulência e demais indicadores como o perfil de resistência a antibióticos. 3.2 - Objetivos Específicos - Determinação do grau de contaminação fecal das lagoas utilizando como indicadores os coliformes fecais. - Isolamento e identificação da espécie Escherichia coli a partir dos pontos contaminados por coliformes. - Investigação dos genes stx1, stx2, eae e eltI que codificam fatores de virulência característicos dos tipos diarreiogênicos de E. coli dentre os isolados obtidos. - Determinação da incidência de sorogrupos patogênicos de E. coli nos diferentes pontos da área de estudo. - Avaliar a susceptibilidade a antibióticos das linhagens de Escherichia coli isoladas na área de estudo. 22 4 – MATERIAIS E MÉTODOS ____________________________________________________________________ 4.1 – Origem e caracterização das amostras 4.1.1 - Área de Estudo Parque Estadual do Rio Doce (PERD) O estudo foi desenvolvido na região do trecho médio da bacia do Rio Doce, especificamente, no Parque Estadual do Rio Doce (PERD) onde está localizado o Sistema Lacustre do médio Rio Doce, formado por 158 lagos com diferentes características (BARBOSA, 1997). O Parque Estadual do Rio Doce é o maior remanescente do bioma Mata Atlântica no Estado de Minas Gerais (SILVA, 2001). Situa-se entre os meridianos 42o 38’ W e 48o 28’W, e os paralelos 19o 45’S e 19o 30’S, com altitudes variando entre 230 e 515 m acima do nível do mar (BARBOSA & MORENO, 2002). Os limites naturais são o rio Doce à leste e o rio Piracicaba ao Norte, sendo que a nascente localiza-se na região de Ouro Preto-MG (IEF, 2001). São 36.000 ha de mata na qual se distribuem florestas em diferentes estágios de sucessão, desde ambientes de capoeirinha até florestas em estágio clímax. No interior do Parque Estadual do Rio Doce ocorrem cerca de 42 lagoas que ocupam uma área de 3.530 ha, correspondentes a 9,8% da área total. O clima pode ser classificado como tropical quente semi-úmido com uma estação chuvosa no verão e uma seca no inverno (NIMER, 1989). Apresenta temperaturas médias entre 20ºC e 22ºC, e pluviosidade média anual variando entre 1.250 e 1.500 mm, com chuvas concentradas nos meses de verão, havendo uma estação seca com 4 a 5 meses de duração (IEF, 2001). O PERD é considerado uma área de extrema importância biológica tal o papel desempenhado pelo mesmo na conservação da biodiversidade brasileira, especificamente da diversidade biológica da mata atlântica (CI et al, 2000). A região 23 abriga no mínimo 148 espécies de mamíferos, que corresponde a mais de 50% da riqueza mastozoológica da Mata Atlântica. No caso de primatas, o PERD abriga 40% de todas as espécies do bioma. Destaca-se também a ocorrência de carnívoros de grande porte, com o registro de populações dos maiores felinos com ocorrência no Brasil (IEF, 2001). Os lagos do PERD e o conjunto de lagos de seu entorno representam cerca de 1/3 de toda a ictiofauna da bacia, com cerca de 26 espécies. No entanto, esta riqueza de espécies está ameaçada pelos intensos impactos de origem antrópica, que vão desde a destruição da mata ciliar até a introdução de espécies exóticas de peixes. Segundo COSTA et al. (1998), o PERD é indicado como uma área de importância biológica especial por se constituir em um ambiente único, sem igual no Estado, pela presença de aves de distribuição restrita e alta riqueza de espécies ameaçadas de diversos grupos faunísticos. 24 Figura 1: Mapa da área de abrangência do Parque Estadual do Rio Doce e dos municípios no seu entorno . 25 4.1.2 - Locais de Coleta As coletas foram realizadas no Lago Dom Helvécio, na Lagoa Jacaré, na Lagoa Carioca e Lagoa Gambazinho. No Lago Dom Helvécio a amostragem foi realizada em cinco pontos (P1, P2, P3, P4 e P5) da região litorânea do lago, onde é permitida a recreação de contato primário (banho e natação), e em um ponto (P6), na região limnética (centro da lagoa) onde os turistas não têm acesso (Figura 2). Nas Lagoas Jacaré, Carioca e Gambazinho as coletas foram realizadas em um ponto na região litorânea (LIT) e em um outro ponto na região limnética (LIMN) de cada lagoa (Figuras 3, 4 e 5 ). 4.1.2.1 - Lago Dom Helvécio O Lago Dom Helvécio (Figura 2) é o maior lago desse sistema lacustre, possuindo 6,87 Km2 de área e 45Km de perímetro, com formato dendrítico e profundidade máxima de 32,5 m (HENRY et al., 1997). Constitui um sistema isolado, sem conexão direta com a dinâmica do rio principal. O entorno é formado por mata secundária e abriga atividade turística (SOUZA, 2005). É o lago mais procurado pelo público para a realização das atividades de lazer e recreação por oferecer uma completa infra-estrutura constituída por área de camping, restaurante, base para pescaria, prestação de serviços para passeios de barco, além da área de praia destinada ao banho dos turistas. 4.1.2.2 - Lagoa Jacaré A Lagoa Jacaré (Figura 3) situa-se fora dos limites do PERD. Possui 1,03 Km2 de área e 11,3 Km de perímetro, com um formato dendrítico e profundidade máxima de 8,5 m. Abriga atividade pesqueira intensa e o entorno é formado por extensas monoculturas de Eucalyptus (SOUZA, 2005). As instalações às margens da Lagoa Jacaré são extremamente inadequadas, não oferecem qualquer infra-estrutura para recreação, acampamento e a prática de pescaria, sendo possível detectar em alguns pontos da lagoa o escoamento de esgoto para dentro do corpo d’água. 26 4.1.2.3 - Lagoa Carioca A Lagoa Carioca (Figura 4) localiza-se em uma área protegida da ação antrópica, constituindo um sistema ecológico “fechado”, sem afluente nem efluente; é considerada uma lagoa rasa, de formato arredondado (BARBOSA & TUNDISI, 1980) com as seguintes características morfométricas: área: 13,3 Km2 ; profundidade máxima: 11,8; profundidade média: 2,76 m; volume: 713.489,8 m3. Localizada em um vale relativamente profundo, circundada por vegetação de mata secundária de grande porte, apresenta alto grau de proteção das margens à ação do vento e, consequentemente elevada estabilidade térmica (BARBOSA, 2004). A ictiofauna apresentou grandes alterações desde a introdução do tucunaré (Cichla ocelaris). Em 1987, dois anos após o primeiro registro desta espécie, oito espécies nativas de peixes não foram mais observadas (SUNAGA & VERANI, 1997). Atualmente predominam o tucunaré (Cichla ocelaris) e a piranha (Pygocentrus nattereri). 4.1.2.4 - Lagoa Gambazinho A Lagoa Gambazinho (Figura 5) é de acesso restrito aos visitantes, sendo permitido somente a visitação por pesquisadores e funcionários do Parque. Pode ser considerada um dos locais de estoque da ictiofauna nativa do PERD, pois apresentase bem protegida e não possui canal de escoamento, o que facilitaria a dispersão de peixes exóticos. A ictiofauna inclui espécies zooplanctívoras como os lambaris (Oligosarcus solitarius, Moenkausia doceana, Astyanax taeniatus) e acará (Cichlasoma facetum e Geophagus brasiliensis). Também são registradas a traíra (Hoplias malabaricus) e o piau (Leporinus steindachneri). A lagoa apresenta as seguintes características morfométricas: comprimento máximo: 620 m; largura máxima: 185 m ; profundidade máxima: 10,3 m; profundidade média: 3,59 m; perímetro: 1.528 m; área total : 10,43 ha; volume total: 347.450 m³ 27 P5 P4 P6 P2 P1 P3 Figura 2 : Foto da área de Praia do Lago Dom Helvécio, principal local dentro do Parque onde é permitido o banho dos turistas e onde foram realizadas as coletas da região litorânea (P1, P2, P3, P4, P5) e região limnética (P6). LIT LIMN Figura 3 – Foto da Lagoa Jacaré mostrando os locais de coleta e extensas plantações de Eucalyptus no seu entorno. 28 LIT LIMN Figura 4: Foto identificando as regiões litorânea e limnética da Lagoa Carioca um dos principais locais de coleta. LIT LIMN Figura 5: Foto da Lagoa Gambazinho destacando os locais de coleta na região Litorânea e região Limnética. 29 Figura 6: Localização das lagoas dentro e no entorno do Parque Estadual do Rio Doce. Jacaré Jacaré Carioca Carioca Dom Helvécio Dom Helvécio Gambazinho Gambazinho 30 4.1.3 - Procedimentos de Coleta As coletas foram realizadas mensalmente entre Maio de 2004 e Fevereiro de 2005. As amostragens das lagoas nas regiões litorâneas e limnéticas foram feitas na superfície da água, sendo que nas regiões litorâneas a distância do ponto de coleta em relação à margem da lagoa foi de aproximadamente 3 m de distância. As amostras foram coletadas em frascos estéreis e transportadas para laboratório em recipientes contendo gelo para serem processadas no máximo em 24 horas. 4.2 - Análise Laboratorial das Amostras 4.2.1 - Determinação da Qualidade Microbiológica das lagoas A avaliação do índice de contaminação por E. coli nas coleções de água da área de estudo foi feita utilizando o método padrão da ”American Public Health Association” (APHA, 1998) por meio da avaliação representativa do índice de coliformes fecais, empregando-se a Técnica de Fermentação em Tubos Múltiplos, que é baseado na habilidade das bactérias coliformes produzir gás a partir da fermentação da lactose (APHA, 1998). O procedimento experimental compreendeu das seguintes etapas: teste presuntivo em 24/48h e teste confirmativo em 24h. O teste presuntivo foi realizado por meio da inoculação de volumes de 10 mL, 1mL e 0,1 mL de água bruta respectivamente, em uma série de 5 tubos de ensaio com 10 mL de caldo lactosado (em concentração dupla e simples) contendo tubos de Durhan invertidos no interior. Após a inoculação, os tubos foram incubados em uma estufa na temperatura de 37ºC. A leitura foi feita após 24h/48h. Foram considerados positivos os tubos que se apresentaram turvos, com fermentação e bolha no tubo de Durhan. Os tubos positivos foram repicados para 2mL do meio E.C.-mug (DIFCO, Le Pont de Claix, France) e incubados na estufa a uma temperatura de 37ºC. A positividade para coliforme fecal foi avaliada pela fluorescência das amostras quando expostas à luz ultravioleta após 24h. 31 4.2.2 - Análise estatística dos dados para avaliação das diferenças entre as lagoas Para testar as diferenças entre os ambientes estudados, em relação ao NMP de coliformes fecais, foi utilizada “Análise de Variância” (ANOVA, medidas repetidas). Essas análises estatísticas foram realizadas utilizando o programa Statistic 5.0. Para analisar possíveis gradientes ambientais foi feita a “Análise de Correspondência” utilizando o programa Statistic 6.0. A Análise de Correspondência é um método de ordenação que ordena os pontos de acordo com os eixos, e prevê possíveis gradientes ambientais. Uma vez fornecido os valores o programa gera os dados distribuídos em um hiperespaço e então analisa-se a distribuição em função da inércia de cada ponto. Quanto maior a inércia maior é a explicação da variância dos dados. O valor da inércia só é considerado significativo quando estiver acima de 70%. A “Análise de Agrupamento” também foi realizada utilizando o programa Statistic 6.0. 4.2.3 - Isolamento de Escherichia coli das lagoas O isolamento das amostras de E. coli foi feito à partir das amostras positivas no teste confirmativo para coliforme fecal. Com o auxílio de uma alça bacteriológica, as amostras foram semeadas em placas de Ágar Eosina Azul de Metileno (EMB) (HiMedia Laboratories, Mubai, Índia), um meio seletivo para Enterobacteriaceae, e em seguida incubadas a 37ºC por 24h. Decorrido o tempo necessário para o crescimento, as colônias típicas de E. coli que apresentaram brilho verde metálico foram selecionadas e inoculadas em 2 ml de caldo “Brain Heart Infusion” (BHI) (DIALAB Diagnósticos, Minas Gerais, Brasil), e posteriormente incubadas a 37ºC por 24 h. Os isolados foram então acondicionados em tubos criogênicos com três gotas de glicerol e congelados a uma temperatura de − 86ºC para posterior identificação dessas linhagens. 32 4.2.4 - Identificação dos isolados de Escherichia coli A identificação de todos os isolados foi feita utilizando o meio de cultura Instituto Adolfo Lutz - IAL, (meio Rugai, MBiolog, Belo Horizonte, Brasil), modificado por PESSOA & SILVA (1974), que consiste em um tubo contendo substratos para a visualização das provas bioquímicas: indol, fermentação de sacarose, LTD, fermentação de glicose, produção de H2S e gás, hidrólise de uréia, lisina e motilidade (KONEMAN, 2001). Para a inoculação do meio de Rugai foi realizado o repique de colônias isoladas com agulha de níquel cromo estéril, seguido de estriamento da superfície do ágar. Os tubos semeados foram incubados a 37ºC por 24 horas. A interpretação dos resultados foi realizada mediante comparação dos resultados obtidos com tabela descrita em PESSOA & SILVA (1974). 4.2.5 – Investigação dos tipos diarreiogênicos dos isolados de Escherichia coli 4.2.5.1 - Extração do DNA A partir dos resultados obtidos nos testes bioquímicos, 80 isolados de Escherichia coli (Anexo 1 e 2) foram selecionados para pesquisa de genes que codificam para fatores de virulência. Os isolados foram cultivadas em caldo BHI, a 37ºC por 24horas. Posteriormente, foram semeadas em “Tryptic Soy” Agar (TSA) e incubadas a 37ºC por 24 horas. O crescimento de cada amostra foi ressuspendido em 400µL de tampão TE estéril. A suspensão bacteriana foi fervida por 10 minutos e centrifugada a 10.000 rpm por 5 minutos. Os sobrenadantes foram utilizados para reação de PCR (BLANCO et al., 2004). 4.2.5.2 - Pesquisa dos genes de virulência pela Reação em Cadeia da Polimerase Após a extração do DNA, as 80 amostras (Anexos 1 e 2) foram submetidas à reação de PCR utilizando iniciadores específicos para os genes stx1, stx2, eltI e eae 33 (Tabela 2) que codificam para Toxina Shiga ou “shiga-like”, toxina LT (termo estável) e intimina, respectivamente. As reações de PCR foram realizadas utilizando o DNA das linhagens de referência EPEC ATCC 0127a, EHEC ATCC 933, ETEC UNICAMP como controles positivos e E. coli ATCC 25723 como controle negativo. Todas as reações de PCR foram realizadas para um volume final de 30 µL, e os reagentes utilizados foram: água deionizadda: 17,1 µL; PCR buffer 10x: 2 µL; dNTP 10 mM : 0,6 µL; Iniciador 1: 1,5 µL; Iniciador 2: 1,5 µL; 50 mM MgCl2 : 2 µL; Taq polimerase (500 U): 0,3µL; DNA extraído: 5 µL (SCHULTSZ, et al., 1994; BLANCO, et al., 1996; BLANCO, et al., 2004). Todas as reações foram submentidas a 30 ciclos que tiveram as seguintes etapas: 1 - Desnaturação Inicial: 94ºC por 5 minutos 2 - Desnaturação: 94ºC por 1 minuto 3 - Anelamento : ºC por 30 segundos – (Tabela 2 ) 4 - Extensão: 72ºC por 30 segundos 5 - Fechamento: 72ºC por 10 minutos 4.2.5.3 - Eletroforese em gel de agarose Para a leitura do resultado das amplificações, 2 µL do tampão de amostra (0,25% de azul de bromofenol; 0,25% de xilenocianol; 25% de ficol) foram misturados ao produto da reação. Foram aplicados 12 µL da mistura em gel de agarose 1%, em tampão TBE (Tris 2M, ácido bórico 0,045M, EDTA 0,5M pH8). Após a eletroforese o gel foi corado com solução de bromento de etídio por 20 minutos e o produto amplificado dos genes foi visualizado em um transiluminador de luz ultravioleta e fotografados. 34 Tabela 2 – Sorogrupos, Seqüências, tamanho do produto amplificado e temperaturas de anelamento dos iniciadores. Sorogrupo Gene Seqüência do Primer de E. coli EHEC stx1 1: CGC TGA ATG TCA TTC GCT CTG C Produto Temperatura Amplificado de Anelamento (pb) (ºC) 302 55 ºC BLANCO, et al., 2004 516 55 ºC BLANCO, et al., 2004 696 50ºC SCHULTSZ, et al., 1994 815 63 ºC BLANCO, et al., 1996 Referências 2: CGT GGT ATA GCT ACT GTC ACC EHEC stx2 1: CTT CGG TAT CCT ATT CCC GC 2: CTG CTG TGA CAG TGA CAA AAC GC ETEC eltI 1: GGC GAC AGA TTA TAC CGT GC 2: CCG AAT TCT GTT ATA TAT GTC EPEC eae 1: ACG TTG CAG CAT GGG TAA CTC 2: GAT CGG CAA CAG TTT CAC CTG 35 4.2.6 - Pesquisa dos sorogrupos de Escherichia coli diarreiogênicas pelo Teste de Aglutinação em Lâmina Os testes de aglutinação em lâmina foram realizados utilizando soros PROBAC do Brasil LTDA. Para a determinação dos sorogrupos EHEC utilizou-se o soro anti E. coli O157:H7 de EHEC, para a determinação do sorogrupo EPEC utilizou-se o soro polivalente anti E. coli enteropatogênica clássica sorotipos: O26, O55, O111, O119, O114, O125, O142, O158, O86, O126, O127 e O128 e para determinação dos sorogrupos EIEC utilizou-se o soro polivalente anti E. coli enteropatogênica invasora sorotipos: O28ac, O29, O136, O144, O152, O112ac, O124, O143, O164, O167. Para a realização do ensaio as 80 linhagens ambientais de E. coli (Anexos 1 e 2) foram enriquecidas em caldo BHI e incubadas 37ºC por 24 horas. Na seqüência as culturas puras foram semeadas em placas de ágar MullerHinton (DIALAB Diagnósticos, Minas Gerais, Brasil) e incubadas a 37ºC por 24 horas. A partir das colônias crescidas na placa de ágar Muller-Hinton foi preparada uma suspensão bacteriana obtida pela diluição das colônias em 300 µl de salina estéril. Em um aglutinoscópio foi adicionado 20µl da suspensão bacteriana e uma gota dos soros comerciais de identificação, após esse procedimento o aglutinoscópio foi submetido a movimentos circulares durante 2 minutos para finalmente fazer a leitura dos resultados. 4.2.7 - Fermentação do sorbitol e da ramnose na diferenciação dos isolados de Escherichia coli enterohemorrágica O157: H7 Para identificação fenotípica do sorotipo O157: H7 de EHEC, 80 linhagens de E. coli ambientais (Anexos 1 e 2) foram analisados para fermentação do sorbitol, e, as linhagens positivas no teste de aglutinação em lâmina para o sorotipo O157: H7 de EHEC foram analisados para fermentação da ramnose. Inicialmente os isolados foram enriquecidas em caldo BHI por 24 h a 37ºC. Na seqüência as culturas foram semeadas em placas de Ágar base MacConkey Sorbitol (Ágar SMAC) e Ágar base MacConkey Sorbitol Ramnose (Ágar SMAC) por 18 h a 37ºC. A interpretação dos 36 resultados para verificar a fermentação do sorbitol e da ramnose é baseada nas características fenotípicas das colônias. O fenótipo colônias rosa indicam fermentação positiva do sorbitol e da ramnose, já as colônias brancas indicam fermentação negativa desses açúcares (MARCH & RATNAM, 1986; CHAPMAN et al., 1991) 4.2.8 – Determinação da susceptibilidade dos isolados de Escherichia coli aos antibacterianos Os testes de susceptibilidade aos antimicrobianos foram realizados com 80 linhagens de E. coli ambientais (Anexos 1 e 2) pelo método de Kirby-Bauer de difusão de discos (NCCLS, 2004). Os antibióticos (LABORCLIN) escolhidos para serem testados nas linhagens de E. coli foram : Ampicilina (AMP 10µg), Cefalotina (CFL 30µg), Amoxicilina + Clavulanato (AMC 20/10µg), Cefuroxima (CRX 30µg), Cefoxitina (CFO 30µg), Ceftriaxona (CRO 30µg), Gentamicina (GEN 10µg), Ceftazidima (CAZ 30µg), Amicacina (AMI 30µg), Ciprofloxacina (CIP 5µg), Cefepime (CPM 30µg), Sufazotrim (SUT 25µg), Cefotaxima (CTX 30µg), Aztreonam (ATM 30 µg), Cloranfenicol (CLO 30µg), Tetraciclina (TET 30µg), Tobramicina (TOB 10µg), Ticarcilina + Clavulanato (TIC 75/10µg) sugeridos pelo U. S. FDA – Approved Antimicrobial Agents. As bactérias foram crescidas em caldo BHI por 24 horas a 37ºC. Com o auxílio de um swab, o inóculo foi semeado em placas contendo ágar Mueller- Hinton (DIALAB Diagnósticos, Minas Gerais, Brasil). Os discos de antibióticos foram aplicados com o auxílio de uma pinça estéril, e as placas incubadas por 24 horas a 37ºC. A leitura dos halos de inibição foi realizada com uma régua, e de acordo com a medida do diâmetro deste halo o microrganismo foi classificado em resistente (R), intermediário ( I ) e sensível (S), de acordo com os critérios do National Comittee for Clinical Laboratory Standards (NCCLS, 2004). 37 5 - Resultados ______________________________________________________ 5.1 – Qualidade Microbiológica das lagoas Os resultados da qualidade microbiológica da água nos ambientes estudados estão representados nas tabelas 3 e 4. A tabela 5, comparando região e meses, representam os resultados de análises estatísticas em relação ao NMP de coliformes fecais. Todos os pontos das lagoas amostradas apresentaram baixas contagens para densidade de coliformes fecais, a densidade de coliformes fecais variou significativamente (F= 2,11; p = 0,035) apenas em relação a região x meses conforme mostrado na tabela 5. A figura 7 mostra a variação na densidade de coliformes fecais entre as lagoas e regiões estudadas ao longo do período de amostragem. Para todos os lagos analisados no presente estudo, as maiores contagens de coliformes fecais coincidiram com os meses de coleta correspondentes à estação chuvosa, embora esta variação não tenha sido significativa (Figura 7). Na Lagoa Carioca, a maior densidade de coliformes fecais foi verificada no mês de outubro de 2004; para Lagoa Gambazinho, as maiores contagens foram identificadas em dezembro de 2004; na Lagoa Jacaré em janeiro de 2005 e no Lago Dom Helvécio em novembro de 2004. As figuras 8 e 9 representam os resultados da Análise de Correspondência para lagoas-regiões e meses amostrados, respectivamente. A figura 8 indica que no lago Dom Helvécio a densidade de coliformes fecais apresentou uma distribuição diferenciada das demais lagoas, entretanto, essa distribuição não foi significativa. Na figura 9, o eixo 1 explica 47,91% da inércia e da variância dos dados, os meses de outubro/04 e novembro/04 foram os que apresentaram maior inércia, portanto, maior variância dos dados. Por outro lado, o eixo 2, explica 24,24% da variância dos dados e os meses de janeiro/05 e maio/04 os que apresentaram maior variância. Além disso, os dados mostram que não foi possível detectar uma variação na densidade de E. coli em função da sazonalidade. 38 As figuras 10 e 11 representam os resultados da Análise de Agrupamento para lagoas – regiões amostradas e os meses de coleta, respectivamente. Os dados mostrados na figura 10 indicam que o agrupamento (DH1.4, J2, G1, G2, e C2) apresentou densidade de E. coli bastante semelhante ao longo do período de amostragem. Por outro lado, os pontos DH1.5 e DH1.1 diferiram dos demais pontos amostrados em relação ao NMP de E. coli /100ml. Em relação aos meses amostrados (Figura 11), houve diferença na densidade de E. coli em maio de 2004 e novembro de 2004. Para os demais meses amostrados a densidade de E. coli foi equivalente. 5.2 – Isolados de Escherichia coli obtidos das lagoas Dos 507 isolados ambientais provenientes das Lagoas Carioca, Gambazinho, Jacaré e Dom Helvécio ao longo do ano de 2004 e início de 2005, 456 (89,94%) linhagens foram positivas para as provas bioquímicas específicas para a identificação da espécie E. coli utilizando o meio de cultura IAL ou Rugai modificado (Tabelas 6 e 7). Além das linhagens identificadas como E. coli, 45 isolados (8,87%) pertenceram ao gênero Klebsiella e seis dos isolados (1%) foram identificados como Citrobacter. 5.3 – Tipos diarreiogênicos dos isolados de Escherichia coli das lagoas 5.3.1 - Genes de virulência dos isolados de Escherichia coli pela PCR Dos 456 isolados de E. coli, 80 isolados (17,5/%) foram selecionados de modo que uma linhagem de cada ponto amostrado por mês de coleta foi investigada para a presença dos genes stx1, stx2, eltI e eae. Somente os genes stx2, eltI e eae foram encontrados nas amostras analisadas conforme mostrado na tabela 8 e na figura 12. O gene stx 2 foi detectado em cinco linhagens de E. coli ambientais isoladas de duas lagoas do Parque Estadual do Rio Doce, a Lagoa Jacaré e a Lagoa Carioca. Estas linhagens de E. coli foram denominadas: E. coli 34 (J LT), E. coli 236 (J LT), E. 39 coli 280 (J LT), E. coli 292 (C LT) e E. coli 330 (C LT) (Figura 13). Por outro lado, nenhum dos isolados de E. coli ambiental oriundos das Lagoas Dom Helvécio e Gambazinho foram positivos para a presença do gene stx2. Quanto ao gene stx1, nenhum dos 80 isolados de E. coli foi positivo. A presença do gene eae foi detectada no isolado de E. coli 373 (C LT) (Figura 14). Dentre os 80 isolados de E.coli investigados para a presença do gene elt I de ETEC, somente o isolado ambiental, denominado E. coli 58 (C LT), foi positivo para à presença do fragmento de DNA correspondente à amplificação do gene investigado (Figura 15). 5.4 – Sorogrupos diarreiogênicos dos isolados de E. coli 5.4.1- Determinação dos sorogrupos EHEC, EPEC e EIEC Nos testes de aglutinação em lâmina para a determinação dos sorogrupos EHEC, EPEC e EIEC, respectivamente, a amostra padrão EHEC E. coli CDC 933, usada como controle positivo reagiu positivamente com o soro EHEC; a amostra padrão EPEC E. coli ATCC O127a reagiu positivamente com o soro EPEC, a amostra padrão EIEC E. coli ATCC 1284 reagiu positivamente com o soro EIEC. As reações desses controles mostrando aglutinação positiva com os respectivos soros, assim como a ausência de aglutinação da amostra padrão de E. coli ATCC 25723, usada como controle negativo permitiu a validação dos resultados do teste de aglutinação em lâmina com os isolados de E.coli, conforme apresentado nas tabelas 9, 10 e 11. Os resultados apresentados na tabela 9 mostram que os isolados de E. coli ( DH 57, DH 83, 236 J LT, 260 C LT, 280 J LT, 330 C LT e 344 G LT) aglutinaram positivamente na presença de soro específico para EHEC sorotipo O157: H7. Dentre os isolados tipados para EHEC apenas três apresentaram o gene de virulência stx2 característico de grupo. Além disso, cinco isolados não fermentaram o sorbitol e dois não fermentaram a ramnose provas características para confirmação do sorotipo O157: H7. A tabela 10 indica que as linhagens de E. coli identificadas como: DH 05, DH 11, DH 28, DH 34, DH 38, DH 44, DH 45, DH 59, DH 63, 34 J LT, 47 G LM, 178 40 J LM, 72 C LM, 91 G LT, 207 C LM, 312 G LT, 373 C LT, 386 C LM, DH 80, DH 85, DH 87, DH 90, DH 98, DH 101, DH 103 e 395 G LT aglutinaram positivamente na presença do soro específico para a determinação do sorogrupo EPEC. A tabela 11 mostra que os isolados DH 18, DH37, DH 39, DH74, DH 78, DH 94, 05 C LT, 15 G LM e 250 C LT foram positivos na sorotipagem para determinação do sorogrupo de EIEC. 5.4.2 - Freqüência dos sorogrupos diarreiogênicos nas lagoas A tabela 12 mostra a distribuição dos sorogrupos EHEC, EPEC e EIEC Escherichia coli nas regiões litorâneas e limnéticas das Lagoas Carioca, Jacaré Gambazinho e Dom Helvécio no Parque Estadual do Rio Doce. 5.5 – Perfil de resistência das linhagens de E. coli isoladas das lagoas Conforme mostrado na figura 16, dos 80 isolados ambientais de E. coli analisados para susceptibilidade aos agentes antimicrobianos, 20% foram resistentes à ampicilina (AMP), 50% foram resistentes à cefalotina (CFL) e 14% dos isolados apresentaram resistência para o antibiótico cefuroxima (CRX). Para os demais antibióticos testados a resistência quando verificada ocorreu em menos de 10% dos isolados. A figura 16 indica que 100% das linhagens de E. coli foram sensíveis para o antimicrobiano cefepima (CPM), 99% foram sensíves para ciproflofloxacin (CIP), 98% foram sensíveis para gentamicina (GEN), e 96% dos isolados foram sensíveis para sulfazotrim (SUT) e cloranfenicol (CLO) respectivamente. Os antibióticos Cefotaxima (CTX), Ciprofloxacina (CIP) e Cefepima (CPM) foram os únicos para os quais os isolados de Escherichia coli, não apresentaram resistência (figura 16). As figuras 17 e 18 mostram os resultados da investigação do perfil de susceptibilidade aos antibióticos, no teste de difusão em ágar, apresentados por duas linhagens ambientais de E. coli isoladas de lagoas do Parque Estadual do Rio Doce. A tabela 13 mostra a incidência das linhagens de E. coli resistentes aos antibióticos isolados nas regiões litorânea e limnética das lagoas no Parque Estadual 41 do Rio Doce. A Tabela 14 indica que os isolados DH 24, DH 28, DH 34, DH 44, DH 63, DH 67, DH 80, DH 81, 25 G LM, 88 J LM, 292 C LT, 301 C LT e 354 J LT apresentaram multiresistência aos antibióticos testados, dentre esses, seis isolados foram tipados como pertencentes ao sorogrupo EPEC e apenas o isolado 292 C LT apresentou o gene stx 2 específico de EHEC. 42 Tabela 3 - Determinação do Número Mais Provável (NMP/100ml) para coliformes fecais de amostras de água coletadas em dois pontos (região litorânea e região limnética) das Lagoas Carioca, Gambazinho e Jacaré no Parque Estadual do Rio Doce. Meses Mai / 04 Jun / 04 Jul / 04 Ago / 04 Set / 04 Out / 04 Nov / 04 Dez / 04 Jan / 05 Fev / 05 Lagoa Carioca Litorânea 33 11 4 130 30 300 23 110 50 80 Limnética 30 <2 <2 8 23 34 17 30 11 30 Lagoa Gambazinho Litorânea <2 <2 <2 2 4 34 6 14 30 30 Limnética 23 <2 <2 4 4 30 <2 50 13 4 Litorânea <2 <2 8 11 8 11 240 17 300 22 Limnética <2 2 2 4 4 6 <2 13 4 2 Lagoa Jacaré 43 Tabela 4 – Determinação do Número Mais Provável (NMP/100ml) para coliformes fecais de amostras de água coletadas em seis pontos (P1, P2, P3, P4, P5 e P6) do Lago Dom Helvécio no Parque Estadual do Rio Doce. Meses Dom Helvécio Mai / 04 Jun / 04 Jul / 04 Ago / 04 Set / 04 Out / 04 Nov / 04 Dez / 04 Jan / 05 Fev / 05 P1 33 4 <2 30 13 <2 900 50 8 34 P2 240 4 13 8 8 8 220 13 11 4 P3 300 <2 <2 8 2 <2 350 17 8 4 P4 50 8 <2 2 4 2 34 21 12 4 P5 50 4 <2 2 2 2 >1600 17 9 2 P6 2 <2 2 <2 <2 <2 220 23 2 2 * P1, P2, P3, P4 e P5 pontos de amostragem localizados na região litorânea do lago Dom Helvécio. * P6 ponto de amostragem localizado na região limnética do lago Dom Helvécio. 44 Tabela 5 - Análise de Variância (ANOVA, medidas repetidas) comparando as regiões litorâneas e limnéticas das lagoas, Carioca, Jacaré, Gambazinho, Dom Helvécio, e os meses de amostragem no Parque Estadual do Rio Doce. 1- Regiões; 2- Meses 1- Regiões; 2- Meses F P 1 4,415091 0,061951 2 2,116903 0,035921* 12 1,268307 0,265135 * Valor significativo em relação à densidade de coliformes fecais 45 Maio/2004 Junho/2004 Julho/2004 Agosto/2004 Setembro/2004 Outubro/2004 Novembro/2004 Dezembro/2004 Janeiro/2004 Fevereiro/2004 Maio/2004 Junho/2004 Julho/2004 Agosto/2004 Setembro/2004 Outubro/2004 Novembro/2004 Dezembro/2004 Janeiro/2004 Fevereiro/2004 Maio/2004 Junho/2004 Julho/2004 Agosto/2004 Setembro/2004 Outubro/2004 Novembro/2004 Dezembro/2004 Janeiro/2004 Fevereiro/2004 -100 Maio/2004 Junho/2004 Julho/2004 Agosto/2004 Setembro/2004 Outubro/2004 Novembro/2004 Dezembro/2004 Janeiro/2004 Fevereiro/2004 NMP E. coli/ 100ml 700 600 500 400 300 200 100 0 Carioca Gambazinho Jacaré Dom Helvécio Região Litorânea Região Limnética Figura 7: Densidade de coliformes fecais (NMP/100 ml) ao longo do período de amostragem nas lagoas, Carioca, Gambazinho, Jacaré e Dom Helvécio no Parque Estadual do Rio Doce. 46 Dimensão 2; Autovalor: ,30286 (24,24% de Inércia) 2,0 1,5 JLT 1,0 GLT 0,5 DHLM DHLT DHLT 0,0 JLM CLT CLM GLM DHLT -0,5 -1,0 -2,0 DHLT DHLT -1,5 -1,0 -0,5 0,0 0,5 1,0 Dimensão 1; Autovalor: ,59860 (47,91% de Inércia) Figura 8: Análise de Correspondência para os pontos amostrados nas lagoas Carioca, Jacaré, Gambazinho e Dom Helvécio no Parque Estadual do Rio Doce, considerando a densidade de coliformes fecais (NMP/100 ml) nessas lagoas. Legenda : DH LT - Lago Dom Helvécio – região litorânea J LT – Lagoa Jacaré região litorânea DH LM – Lago Dom Helvécio - região limnética J LM – Lagoa Jacaré região limnética C LT – Lagoa Carioca – região litorânea G LT – Lagoa Gambazinho – região litorânea C LM – Lagoa Carioca – região limnética G LM – Lagoa Gambazinho – região limnética 47 2,0 Dimensão 2; Autovalor: ,30286 (24,24% de Inércia) Jan/05 1,5 1,0 0,5 Nov/04 Fev/05 Jul/04 0,0 Ago/04 Out/04 Set/04 Dez/04 Jun/04 -0,5 Maio/04 -1,0 -1,5 -2,5 -2,0 -1,5 -1,0 -0,5 0,0 0,5 1,0 Dimensão 1; Autovalor: ,59860 (47,91% de Inércia) Figura 9: Análise de Correspondência para os meses de amostragem nas lagoas Carioca, Jacaré, Gambazinho e Dom Helvécio no Parque Estadual do Rio Doce, considerando a densidade de coliformes fecais (NMP/100 ml) e sazonalidade. 48 Ligação Simples Distâncias Euclidianas 120 (Dlink/Dmax)*100 100 80 60 40 20 0 DH1.5 J1 DH1.1 DH1.2 DH1.3 DH1.4 DH2 G1 J2 C2 G2 C1 Figura 10: Análise de Agrupamento para as lagoas Carioca, Jacaré, Gambazinho e Dom Helvécio no Parque Estadual do Rio Doce considerando a densidade de coliformes fecais (NMP/100ml) nesses corpos d´água. Legenda: C 1 – Carioca litorânea J 1 – Jacaré litorânea DH 1.3 – Dom Helvécio litorânea ponto 3 C 2 – Carioca limnética J 2 – Jacaré limnética DH 1.4 – Dom Helvécio litorânea ponto 4 G 1 – Gambazinho litorânea DH 1.1 – Dom Helvécio litorânea ponto 1 DH 1.5 – Dom Helvécio litorânea ponto 5 G 2 – Gambazinho limnética DH 1.2 – Dom Helvécio litorânea ponto 2 DH 2 - Dom Helvécio limnética 49 Ligação Simples Distâncias Euclidianas 120 100 (Dlink/Dmax)*100 80 60 40 20 0 Nov/04 Jan/05 Out/04 Dez/04 Ago/04 Fev/05 Set/04 Jul/04 Jun/04 Mai/04 Figura 11: Análise de Agrupamento para os meses de amostragem nas lagoas Carioca, Jacaré, Gambazinho e Dom Helvécio do Parque Estadual do Rio Doce, considerando a densidade de coliformes fecais (NMP/100 ml) nos pontos amostrados. 50 Tabela 6 - Número de linhagens de Escherichia coli isoladas das Lagoas Carioca, Gambazinho e Jacaré no Parque Estadual do Rio Doce. Meses Mai / 04 Jun / 04 Jul / 04 Ago / 04 Set / 04 Out / 04 Nov / 04 Dez / 04 Jan / 05 Fev / 05 Total Lagoa Carioca Litorânea 9 4 0 5 15 24 11 10 11 13 102 Limnética 6 0 0 2 16 28 7 10 3 13 85 Lagoa Gambazinho Litorânea 0 0 0 1 2 36 4 3 1 9 56 Limnética 5 0 0 2 5 9 0 5 7 0 33 Litorânea 0 0 3 2 0 17 3 16 9 12 62 Limnética 0 1 2 0 5 2 0 0 1 3 14 Total 20 5 5 12 43 116 25 44 32 50 352 Lagoa Jacaré 51 Tabela 7 - Número de linhagens de Escherichia coli isoladas do Lago Dom Helvécio no Parque Estadual do Rio Doce. Meses Lago Dom Helvécio Mai / 04 Jun / 04 Jul / 04 Ago / 04 Set / 04 Out / 04 Nov / 04 Dez / 04 Jan / 05 Fev / 05 Total P1 6 2 0 7 4 0 0 5 0 5 29 P2 2 1 3 0 3 3 5 1 4 0 22 P3 3 0 0 5 1 0 3 1 2 1 16 P4 4 0 0 2 2 1 0 3 4 0 16 P5 3 2 0 0 2 0 3 1 2 0 13 P6 2 0 1 0 0 0 0 4 1 0 8 Total 20 5 4 14 12 4 11 15 13 8 104 * P1, P2, P3, P4 e P5 pontos de amostragem localizados na região litorânea do lago Dom Helvécio. * P6 ponto de amostragem localizado na região limnética do lago Dom Helvécio 52 Tabela 8 - Determinação dos isolados de Escherichia coli positivos para a pesquisa dos genes stx2, eltl e eae pela Reação em Cadeia da Polimerase. Gene Isolados positivos Local de coleta Mês / ano stx2 E. coli 34 C LT Julho / 04 stx2 E. coli 236 J LT Novembro / 04 stx2 E. coli 280 J LT Dezembro / 04 stx2 E. coli 292 C LT Dezembro / 04 stx2 E. coli 330 J LT Janeiro / 05 eltI E. coli 58 C LT Setembro / 04 eae E. coli 373 C LT Fevereiro / 05 Legenda: C LT - Lagoa Carioca - região litorânea J LT - Lagoa Jacaré - região litorânea Gene stx2 : codifica para toxina shiga tipo 2 de E. coli enterohemorrágica (EHEC) Gene eltI : codifica para enterotoxina LT tipo I de E. coli enterotoxigênica (ETEC) Gene eae : codifica para o fator de aderencia intimina de E. coli enteropatogênica clássica (EPEC) 53 6% 1% 1% 92% stx2 eae elt I Ausência de fatores de virulência Figura 12: Freqüência de fatores de virulência em linhagens de E. coli isoladas de lagoas do Parque Estadual do Rio Doce-MG. O gene stx2 codifica expressão da toxina Shiga em E. coli enterohemorrágica (EHEC); o gene eae codifica a intimina em E. coli enteropatogênica (EPEC); e o gene elt I codifica para toxina LTI de E. coli enterotoxigênica (ETEC). 54 5 6 7 8 292 C LT 280 J LT 34 C LT EHEC 4 344 G LT λ 1 Kb 3 330 J LT 2 236 J LT 1 9 10 516 pb Figura 13: Eletroforese em gel de agarose dos produtos de PCR para o gene stx2. Canaleta 1: Padrão de peso molecular, Lambda λ (1Kb); Canaleta 2: Controle positivo de Escherichia coli enterohemorrágica (EHEC) para o gene stx2; Canaletas 3, 4, 6, 7 e 8: Linhagens ambientais de E. coli 236, 330, 344, 292, 280 e 34, isoladas do PERD e, positivas para a amplificação do gene stx2. Canaletas 5, 9 e 10: Linhagens ambientais de E. coli negativas para amplificação do gene stx2. 55 2 λ 1 Kb EPEC 3 4 5 6 7 8 9 10 373 C LT 1 815 pb Figura 14: Eletroforese em gel de agarose dos produtos de PCR para o gene eae. Canaleta 1: Padrão de peso molecular, Lambda λ (1Kb); Canaleta 2: Controle positivo de Escherichia coli enteropatogênica (EPEC) para o gene eae; Canaleta 9: Linhagem ambiental de E. coli 373, isolada do PERD e, positivo para amplificação do gene eae. Canaletas 3, 4, 5, 6, 7 e 8: Linhagens ambientais de E. coli do PERD negativas para amplificação do gene eae. 56 3 4 5 6 7 8 9 58 C LT 2 ETEC λ 1 Kb 1 696 pb Figura 15: Eletroforese em gel de agarose para o produto de PCR do gene eltI. Canaleta 1: Padrão de Peso Molecular Canaleta 2: Controle lambda 1Kb; positivo de E. coli enterotoxigênica (ETEC). Canaletas 3,4,5,7,8 e 9: Linhagens de E. coli ambientais isoladas de lagoas do PERD e negativas para amplificação do gene eltI. Canaleta 6: Isolado de E. coli ambiental positivo para o fragmento de gene etl. 57 Tabela 9: Ocorrência de genes de virulência e fermentação de carboidratos em linhagens soropositivas de E. coli enterohemorrágica O157:H7 (EHEC), isoladas das lagoas Carioca, Jacaré, Gambazinho e Dom Helvécio do Parque Estadual do Rio Doce . Linhagem de E.coli Gene de Fermentação do Fermentação da (local/mês) virulencia Sorbitol Ramnose stx2 Não Não DH 57 P4 - agosto/04 ausente Sim Sim DH 83 P4 - dezembro/04 ausente Sim Sim 236 J LT - novembro/04 stx2 Não Sim 260 C LM - novembro/04 Ausente Não Sim 280 J LT – dezembro/04 stx2 Não Não 330 C LT – janeiro/05 stx2 Não Não 344 G LT – janeiro/05 Ausente Não Sim Padrão EHEC E.coli CDC 933 Legenda : DH (P4) - ponto de coleta na região litorânea do Lago Dom Helvécio. C LT – Lagoa Carioca – região litorânea C LM – Lagoa Carioca – região limnética G LT – Lagoa Gambazinho – região litorânea J LT – Lagoa Jacaré região litorânea 58 Tabela 10: Ocorrência de genes de virulência em linhagens soropositivos de E. coli enteropatogênica clássica (EPEC) isoladas das lagoas Carioca, Jacaré, Gambazinho e Dom Helvécio do Parque Estadual do Rio Doce. Linhagens de E.coli no Gene de Linhagens de E.coli Gene de Lago Dom Helvécio/ virulência nas lagoas Carioca, virulência mês de detecção Jacaré e Gambazinho mês de detecção DH 05 P1 – maio/04 ausente 34 J LT – julho/04 stx2 DH 11 P2 – maio/04 ausente 47 G LM – agosto/04 ausente DH 28 P5 – maio/04 ausente 178 J LM – outubro/04 ausente ausente 72 C LM – setembro/04 ausente ausente 91 G LT – setembro/04 ausente ausente 207 C LM – outubro/ 04 ausente ausente 312 G LT – dezembro/04 ausente ausente 373 C LT – fevereiro/05 ausente 386 C LM – fevereiro/05 DH 34 LM – maio/04 DH 38 P2 – junho/04 DH 44 LM – julho/04 DH 45 P1 – agosto/04 DH 59 P1 – setembro/04 DH 63 P2 – setembro/04 eae ausente 59 Continuação Tabela 10 Linhagens de E.coli no Gene de Linhagens de E.coli Gene de Lago Dom Helvécio/ virulência nas lagoas Carioca, virulência mês de detecção Jacaré e Gambazinho mês de detecção DH 80 P2 – dezembro/04 ausente DH 85 P5 – dezembro/04 ausente DH 87 LM – dezembro/04 ausente DH 90 P2- janeiro/05 ausente DH 98 P4 – janeiro/05 ausente DH 101 P5 –janeiro/05 ausente DH 103 LM – janeiro/05 ausente Legenda : 395 G LT – fevereiro/05 ausente DH ( P1, P2, P4 e P5) - pontos de coleta na região litorânea do Lago Dom Helvécio LM – região limnética do Lago Dom Helvécio C LT – Lagoa Carioca – região litorânea C LM – Lagoa Carioca – região limnética J LT – Lagoa Jacaré região litorânea J LM – Lagoa Jacaré região limnética G LT – Lagoa Gambazinho – região litorânea G LM – Lagoa Gambazinho – região limnética 60 Tabela 11 : Distribuição das linhagens soropositivos de E. coli enteroinvasora (EIEC), isoladas das lagoas Carioca, Jacaré, Gambazinho e Dom Helvécio do Parque Estadual do Rio Doce em função do local e data de amostragem. Legenda : Linhagens de E.coli Local e Mês de coleta DH 18 P3 – maio/04 DH 37 P1 – junho/04 DH 39 P2 – junho/04 DH 74 P4 – outubro/04 DH 78 P1 – dezembro/04 DH 94 P3 – janeiro/05 05 C LT – maio/04 15 G LM – maio/04 250 C LT – novembro/04 DH ( P1, P2, P3, P4) - pontos de coleta na região litorânea do Lago Dom Helvécio C LT – Lagoa Carioca – região litorânea G LM – Lagoa Gambazinho – região limnética 61 Tabela 12: Distribuição dos sorogrupos de Escherichia. coli (EHEC, EPEC e EIEC) nas regiões litorâneas e limnéticas das Lagoas Carioca, Jacaré Gambazinho e Dom Helvécio no Parque Estadual do Rio Doce. N°° e % de isolados do sorogrupo EHEC N°° e % de isolados do sorogrupo EPEC N°° e % de isolados do sorogrupo EIEC N°° e % N°° e % isolados isolados positivos positivos para gene para gene eae stx2 N°° e % isolados positivos para gene eltI DH LT DH LM Subtotal 2 0 2 (28,5%) 12 4 16 (61,5%) 6 0 6 (66,6%) 0 0 0 0 0 0 C LT C LM Subtotal 1 1 2 (28,5%) 1 3 4 (15,3%) 2 0 2 (22,2%) 2 0 2 1 0 1 1 0 1 G LT G LM Subtotal 1 0 1 (14,2%) 3 1 4 (15,3%) 0 1 1 (11,1%) 0 0 0 0 0 0 0 0 0 J LT J LM Subtotal 2 0 2 (28,5%) 1 1 2 (7,6%) 0 0 0 3 0 3 0 0 0 0 0 0 26/42 9/42 5 1 1 61,9% 21,4% Local de isolamento N° sorogrupo 7/42 isolado / N°sorogrupos 16,6% totais Total de isolados de E.coli : 80 Total de isolados de E.coli : 80 Total de sorogrupos patogênicos isolados : 42 Total de linhagens positivos para % Sorogrupos isolados: 52,5% genes de virulência: 7 % Genes virulência isolados: 8,7% Legenda : DH LT Lago Dom Helvécio região litorânea J LT – Lagoa Jacaré região litorânea DH LM – Lago Dom Helvécio região limnética J LM – Lagoa Jacaré região limnética C LT – Lagoa Carioca – região litorânea G LT – Lagoa Gambazinho – região litorânea C LM – Lagoa Carioca – região limnética G LM – Lagoa Gambazinho – região limnética 62 Resistente Intermediário 40 Sensível 120 20 100 9 9 %1 0 0 % 9 8 % 9 5 % 9 0 % Porcentagem (%) 8 4 % 5 6 % 20 4 2 % 3 8 % 3 6 % 3 4 % 3 4 % 2 0 % 1 6 % 8 2 % 8 0 % 5 2 % 5 0 % 40 8 6 % 8 2 % 8 0 % 80 60 9 6 % 9 6 % 9 1 % 1 8 % 1 4 % 8 % 8 % 4 % 1 % 1 % 0 1 5 % 1 3 % 8 % 8 % 1 % 1 % 4 % 5 % 1 % R I S R I S R I S R I S R I S R I S R I S R I S R I S AMP CFL AMC CRX CFO CRO GEN CAZ AMI 1 3 % 9 % 7 % I S S R S I S R I S CIP CPM SUT CTX ATM 3 % 5 % 1 % 6 % 4 % 5 % R I S R I S R I S R I S CLO TET TOB TIC Antibióticos Figura 16: Perfil da susceptibilidade aos antimicrobianos de linhagens ambientais de E. coli isoladas das lagoas Carioca, Jacaré, Gambazinho e Dom Helvécio no Parque Estadual do Rio Doce. Legenda: Antibióticos 1- AMP 10 µg Ampicilina 7 - GEN 10 µg Gentamicina 13 - CTX 30 µg Cefotaxima 2 - CFL 30 µg Cefalotina 8 - CAZ 30 µg Ceftazidima 14 - ATM 30 µg Aztreonam Amoxicilina + Clavulanato 9 - AMI 30 µg Amicacina 15 - CLO 30 µg Cloranfenicol 3 - AMC 20/10µg 4 - CRX 30 µg Cefuroxima Ciprofloxacina 16 - TET 30 µg Tetraciclina 5 - CFO 30 µg Cefoxitina 10 - CIP 5 µg 11 - CPM 30 µg Cefepima 17 - TOB 10 µg Tobramicina 6 - CRO 30 µg Ceftriaxona 12 - SUT 25 µg Sulfazotrim 18- TIC 75/10 µg Ticarcilina + Clavulonato 63 Tabela 13: Freqüência das linhagens de Escherichia coli resistentes a antibiótico isoladas nas regiões litorâneas e limnéticas das lagoas do Parque do Rio Doce. Lagoa N°° (%) isolados N°° (%) isolados Total de resistentes de 1 a 7 sensíveis aos Isolados antibióticos antibióticos Litorânea 18 (54,5 %) 15 (45 %) 33 Limnética 2 (50,0%) 2 (50,0%) 4 Total 20 (54,1%) 17 (45,9%) 37 Litorânea 8 (80,0%) 2 (20,0%) 10 Limnética 4 (66,7%) 2 (33,3%) 6 Total 12 (75,0%) 4 (25,0%) 16 Litorânea 5 (71,4 %) 2 (28,6%) 7 Limnética 5 (71,4%) 2 (28,6%) 7 Total 10 (71,4%) 4 (28,6%) 14 Litorânea 5 (71,4%) 2 (28,6%) 7 Limnética 5 (83,3%) 1 (16,7%) 6 Total 10 (76,9%) 3 (23,1%) 13 52 (65%) 28 (35%) 80 Região Lago Dom Helvécio Lagoa Carioca Lagoa Gambazinho Lagoa Jacaré Total 64 Tabela 14: Origem, sazonalidade dos isolados de Escherichia coli multi-resistentes aos antibióticos Local de de E.coli coleta Isolado Mês de Sorogrupo Gene de coleta patogênico virulência Perfil de resistência aos antibióticos DH 24 P4 Maio/04 EPEC Não AMP, CFL,CRX, CRO DH 28 P5 Maio/04 EPEC Não AMP, CFL, CRX, GEN, AMI DH 34 LM Maio/04 EPEC Não CFL, CAZ, CTX DH 44 LM Julho/04 EPEC Não CFL, CRX, AMI DH 63 P2 Setembro/04 EPEC Não CFL, CRX, AMI DH 67 P4 Setembro/04 Não Não CFL, CRX, CFO DH 80 P2 Dezembro/04 EPEC Não CFL, CRX, TET DH 81 P3 Dezembro/04 Não Não AMP, CFL, CRX, TET 25 G LM Maio/04 Não Não CAZ, ATM, CLO, TET 88 J LM Setembro/04 Não Não AMP, CFL, AMC, CFO, SUT, TET, TIC 292 C LT Dezembro/04 Não stx2 AMP, CFL, SUT, TIC 301 C LT Dezembro/04 Não Não AMP, CFL,CAZ, SUT, TET, TIC 354 J LT Fevereiro/04 Não Não AMP, AMC, CFO 65 Tabela 14 - Legenda 1 : Locais de Coleta DH - P2, P3, P4 e P5 - pontos de coleta na região litorânea do Lago Dom Helvécio LM – região limnética do Lago Dom Helvécio C LT – Lagoa Carioca – região litorânea J LT – Lagoa Jacaré região litorânea J LM – Lagoa Jacaré região limnética Tabela 14 - Legenda 2: Antibióticos AMP 10µg: ampicilina TET 30 µg: tetraciclina CFL 30µg: cefalotina CRO 30 µg: ceftriaxona AMC 20µg : amoxilina+clavulanato GEN 10 µg:gentamicina CFO 30µg: cefoxitina AMI 30µg: amicacina SUT 25µg : sulfazotrim CAZ 30µg: ceftazidima CRX 30 µg: cefuroxima CTX 30µg : cefotaxima ATM 30 µg : aztreonan TIC 75/10 µg: ticarcilina+clavulanato 66 Figura 17: Foto do perfil da susceptibilidade a antimicrobianos da linhagem ambiental E. coli 88 isolada da região limnética da lagoa Jacaré no Parque Estadual do Rio Doce. 67 Figura 18: Foto do perfil da susceptibilidade a antimicrobianos da linhagem ambiental E. coli 292 isolada da região litorânea da lagoa Carioca no Parque Estadual do Rio Doce. 68 6 – Discussão ______________________________________________________ 6.1 - Análise da Qualidade da água das lagoas A água é comumente avaliada pela enumeração de indicadores, principalmente E. coli e coliformes fecais. Este dado indica em que grau a água está recebendo poluição fecal, bem como o risco da presença de patógenos entéricos (WHO,1997). Os resultados das análises bacteriológicas realizadas ao longo dos dez meses de estudo nas lagoas investigadas revelaram uma baixa incidência para o grupo coliforme fecal. Segundo o CONAMA (Conselho Nacional de Meio Ambiente) que rege todos os corpos d’água do Brasil, as águas próprias para recreação de contato primário podem apresentar até 800NMP de Escherichia coli /100mL de amostra de água. Águas que apresentarem contagens acima destes valores são consideradas impróprias para balneabilidade. Os resultados encontrados no presente estudo estão de acordo com ACKMAN et al. (1997) que verificaram que dos 40 pontos amostrados num lago recreacional próximo à Nova York, nenhum excedeu 600 ufc/100ml para coliforme total ou 70 ufc/100ml para coliforme fecal. MEDEIROS (2005) também verificou que o Lago Dom Helvécio e a Lagoa Carioca no Parque Estadual do Rio Doce, apresentaram baixas contagens para E. coli e Enterococcus spp. na maioria das amostras analisadas e não foram encontradas diferenças significativas entre as densidades de E. coli para estes dois lagos. A sobrevivência dos coliformes fecais em água é influenciada por uma série de fatores ambientais. Os fatores físicos e biológicos tais como: radiação solar, salinidade, aumento de temperatura, elevação do pH, altos níveis de oxigênio dissolvido, perda de nutrientes e predação contribuem significativamente para o decaimento e morte desses microrganismos em água (GAMESON & SAXON, 1967; GANNON et al., 1983; MCCAMBRIDGE & MCMEEKIN, 1984; FLINT, 1987; DAVIES & EVISON, 1991 CURTIS et al., 1992; SINCLAIR et al., 1993; VAN DER STEEN et al., 2000;). Além disso, GANNON et al. (1983) sugerem que os coliformes fecais em 69 águas de lago são removidos predominantemente por adsorção em partículas suspensas e subseqüentemente são sedimentados. A partir destas informações, é possível inferir que a baixa densidade de coliformes nas lagoas investigadas pode ser atribuída ao processo de sedimentação dos microrganismos. As maiores contagens para coliformes fecais foram encontrados nos meses correspondentes à estação chuvosa. FUJIOKA et al. (1999); RIVERA et al., (1988) e ALM et al., (2003) sugerem que o solo é a fonte ambiental primária de bactérias indicadoras de contaminação fecal (coliformes fecais, estreptococos fecais, E. coli, enterococos). Estas bactérias se reproduzem no solo e a chuva transporta altas concentrações destas para a coluna d´água aumentando os níveis de contaminação da água. Segundo ALM et al. (2003), muitas variáveis ambientais afetam a abundância dos indicadores fecais em água, mas o sedimento pode servir como proteção ambiental para as bactérias entéricas. A atividade recreacional humana pode ter sido a principal origem de altas contagens para coliformes fecais no mês de novembro no Lago Dom Helvécio. ALM et al. (2003) afirmam que a prática de banho em águas de lagos recreacionais pode ressuspender sedimentos do fundo do lago juntamente com bactérias fecais e elevar os níveis bacterianos na superfície da água. Muitos autores relatam o isolamento de coliformes fecais do trato intestinal de várias espécies de peixes de água doce e marinha (GELDREICH et al.,1966; EL-ZANFALY et al.,1982) Segundo GELDREICH et al. (1966), os coliformes fecais e estreptococos fecais não são habitantes naturais da microbiota intestinal dos peixes, mas por outro lado, os peixes são capazes de reter esses microrganismos no intestino, carreá-los no corpo d´água e influenciar nas condições bacteriológicas da água. 6.2 – Potencial patogênico dos isolados de Escherichia coli Atualmente, para definir o verdadeiro potencial patogênico desempenhado por uma linhagem bacteriana, vários autores JOHNSON et al. (1991); BRITO et al. (2004) e REGUA-MAGIA et al. (2004) reforçam a necessidade tanto da 70 caracterização dos fatores de virulência na forma dos genes de virulência e seus correspondentes fenótipos, como também da determinação dos sorogrupos que reúnem os sorotipos portadores desses fatores. No caso específico do sorotipo O157: H7, a negatividade dos testes de fermentação do sorbitol e de ramnose são marcas bioquímicas características deste sorotipo que são sempre recomendadas como provas comprobatórias (MARCH & RATNAM, 1986; CHAPMAN et al.,1991; OJEDA et al.,1995). Além disso, a determinação do perfil de resistência aos antibióticos de linhagens de Escherichia coli constitui parte integrante na abordagem do seu potencial patogênico como apresentado por BRITO et al. (2004). 6.3 - Tipos diarreiogênicos isolados nas lagoas 6.3.1 - Presença dos genes stx1 e stx2 característicos Escherichia coli enterohemorrágica (EHEC) Muitos vírus, bactérias e patógenos parasitas estão evolvidos em surtos de doenças em águas recreacionais (ACKMAN et al.,1997). No período de 1991 à 1992, 11 surtos de gastroenterites associados ao uso de águas recreacionais foram notificados pelo Centro de Controle e Prevenção de Doenças - EUA (CDC, 1993). Em muitos desses surtos, a mais provável fonte de contaminação foi à presença dos banhistas. Vários procedimentos durante o banho, tais como: colocar a cabeça debaixo d´água, colocar água na boca ou ingerir água, aumentam o risco de adquirir doença gastrointestinal (KEENE et al.,1994; SORVILLO et al., 1988). Apenas cinco dentre os 80 isolados de E. coli analisados neste estudo foram positivos para a presença do fragmento de gene stx2. Este resultado sugere que existe a probabilidade dos banhistas adquirirem doença gastrointestinal causada por EHEC transmitida pelas águas dos lagos investigados. MULLER et al. (2001) observaram que de 196 colônias de E. coli isoladas de água de rios e represas no sul da África, apenas uma amostra foi positiva na detecção do gene stx2. Os resultados obtidos por MULLER et al. (2001) indicam uma baixa incidência de E.coli O157:H7 na água examinada e sugerem que a probabilidade de aquisição de doença pela 71 ingestão dessa água é baixa. ARVANITIDOU et al. (1996) sugerem que muitos parâmetros físicos, como temperatura, pH, radiação solar, e salinidade, podem influenciar a sobrevivência de E. coli O157:H7 em águas de lagos. Tendo em vista que as linhagens de E. coli investigadas neste trabalho são de origem ambiental e que foram isoladas de águas de lagoas de uma reserva ecológica que abriga diferentes ecossistemas constituídos por fauna e flora diversificados, supõe-se que há uma grande probabilidade das linhagens positivas para o gene stx2 serem de origem animal e não exclusivamente de origem humana. Segundo GARCIA-ALJARO et al. (2005), seis variantes genéticas do gene stx2 já foram detectadas pela análise da seqüência de nucleotídeos: stx2, stx2c, stx2d, st2e, stx2f e stx2g. Alguns desses variantes genéticos de stx2 foram encontrados associados a EHEC de carneiros (stx2d), porcos (stx2e), aves (stx2f) e bovinos (stx2g). Por outro lado, os genes stx2 e stx2c estão associados a sorogrupos de EHEC altamente virulentos que causam severas doenças tais como, colite hemorrágica e SUH. Em diversos estudos, a presença do gene stx2 em linhagens de E.coli foi correlacionada com severas doenças em humanos (CAPRIOLI et al., 2005). ACKMAN et al. (1997) relataram 12 casos de infecções por EHEC associado a banhistas de um lago recreacional no município de Dutchess, nas proximidades de Nova York. Todos os doze pacientes tiveram diarréia sangrenta, 11 sentiram cólicas abdominas, e 10 tiveram febre. A contaminação dos turistas do parque ocorreu devido a ingestão proposital ou acidental de água contaminada do lago. Além disso, 15% das crianças que visitaram o parque durante o surto tiveram gastroenterite branda. Esta alta incidência de doença moderada pode ser explicada pela baixa concentração da E.coli O157:H7 na água contaminada, ou pela pequena quantidade de água ingerida pelos banhistas. As linhagens de EHEC que causam infecções humanas pertencem a um amplo número de diferentes sorotipos O:H. A maioria dos surtos de colite hemorrágica e SUH (Síndrome Urêmica Hemolítica) são atribuídos ao sorogrupo O157:H7. Entretanto, como as EHEC não pertencentes ao sorogrupo O157 são mais prevalentes em animais e contaminam gêneros alimentícios, os humanos estão frequentemente expostos a essas linhagens (GARCÍA-ALJARO et al., 2005). 72 Atualmente, as informações disponíveis e as técnicas desenvolvidas para identificação e isolamento de EHEC, são baseadas em estudos com linhagens isoladas de humanos ou fezes de animais, utilizando meios de cultura seletivos. Vários trabalhos relatam que os isolados clínicos indicam o tipo de contaminação que está presente no ambiente natural de um determinada área geográfica (MULLER et al., 2001; DAVIS et al., 2003. GARCÍA-ALJARO et al., 2005). Entretanto, essa hipótese deve ser verificada por meio de estudos ambientais, para confirmar se nenhuma seleção diferenciada tem ocorrido, e se as linhagens clínicas isoladas realmente correspondem àquelas presentes no ambiente. De acordo com DAVIS et al. (2003), o monitoramento de genes de virulência em linhagens de E. coli ambientais é uma tarefa indispensável para o controle de E.coli patogênica no ambiente e em suprimentos alimentícios. Os dados obtidos no presente trabalho podem contribuir para ampliar o estudo da ecologia da espécie E. coli considerando o isolamento dos subtipos no meio ambiente. O gene stx1 que também codifica a expressão da Toxina Shiga em EHEC, um importante fator de virulência desse subgrupo, não foi detectado em nenhum dos 80 isolados analisados. Resultado semelhante ao do presente trabalho foi descrito por DAVIS et al. (2003) que verificaram que dos 604 isolados ambientais testados, nenhum deles amplificou o gene stx1 ou stx2. Segundo CHALMERS et al. (2000), o isolamento de linhagens de EHEC do ambiente normalmente é dificultado pela baixa proporção desse patógeno quando comparado à alta concentração da microbiota local, consequentemente, a confirmação presuntiva do agente patogênico nem sempre é devidamente alcançada (CHALMERS et al., 2000). ARVANITIDOU et al. (1996) também observaram que de 1974 colônias de E. coli isoladas da água potável e da água de um lago recreacional no norte da Grécia, nenhuma delas apresentou o antígeno somático O157. Além disso, MULLER et al. (2001) relataram que dentre as 196 amostras de E.coli analisadas e isoladas de águas de rios e represas no sul da Àfrica, o gene stx1 foi detectado em apenas dois isolados. É importante ressaltar que em muitos estudos a E. coli O157:H7 não foi detectada de amostras de água mesmo nos países onde esse patógeno é mais frequentemente isolado (ARVANITIDOU et al., 1996; CAPRIOLLI et al., 2005). 73 6.3.2 – Presença do gene eae característico de Escherichia coli enteropatogênica (EPEC) Apenas o isolado ambiental de E. coli 373 (CAR LIT) amplificou o fragmento do gene eae presente em EPEC. A detecção do gene eae em EPEC é mais freqüente em linhagens isoladas das fezes de crianças com diarréia (KESKIMAKI et al., 2001; REGUA-MANGIA et al., 2004; RAPELLI et al., 2005). Outros estudos também relatam a alta prevalência do gene eae em linhagens de EPEC isoladas de águas contaminadas por esgoto fecal e águas residuais (OBI et al., 2004). Segundo NATARO & KAPER (1998), o gene eae é responsável pela quase totalidade da virulência de EPEC mas não é o único fator responsável pela virulência do grupo. A presença do plasmídio EAF (Fator de Aderência em EPEC) que codifica o gene bfp também é frequentemente associado à virulência de alguns sorotipos de EPEC (REGUA-MANGIA et al., 2004). Para NATARO & KAPER (1998), linhagens de EPEC possuem um plasmídio de virulência, e numerosos genes codificados por cromossomos que juntos são responsáveis pela expressão de fatores de virulência tais como BFP (“Bundle forming pili”), proteínas secretadas e intimina. 6.3.3 - Presença do gene eltI característico de Escherichia coli enterotoxigênica (ETEC) Dentre os 80 isolados de E. coli ambiental investigados para a presença do gene elt I que codifica a síntese da Toxina LTI (termo-estável) em ETEC, somente o isolado ambiental 58 (CAR LIT) apresentou o fragmento de DNA correspondente à amplificação do gene investigado. Segundo VALENTINI et al. (1992), as linhagens enteropatogênicas de E.coli podem perder plasmídios que abrigam genes de virulência durante o processo de isolamento das colônias. Considerando que a Lagoa Carioca é um ecossistema bastante preservado e não disponível para prática de banho dos turistas que freqüentam o parque, acreditase que a presença do gene elt I em uma única linhagem de E. coli não representa um risco potencial para transmissão de doença. De acordo com NATARO & KAPER 74 (1998), a dose infectante de ETEC necessária para causar doença em humanos está em torno de 108 ufc. Além disso, sabe-se que a detecção da presença do gene de virulência no microrganismo investigado não implica necessariamente na expressão do mesmo. ROSENBERG et al. (1977) associaram a ingestão de água contaminada por E. coli enterotoxigênica (ETEC) sorotipo O6:H16, como a origem de um surto de diarréia. BLACK et al. (1981) detectaram ETEC do mesmo sorotipo nas fezes e na água de abastecimento residencial de pacientes com diarréia. MULLER et al. (2001) relatam que a detecção de um único gene de virulência em um único isolado de E. coli ambiental é pouco significativo para acarretar riscos à saúde de humanos e animais. Entretanto acredita-se que o permanente monitoramento das lagoas e a caracterização dos microrganismos isolados desses ambientes irão contribuir para manter o equilíbrio dos ecossistemas estudados, evitando o surgimento de novas linhagens patogênicas e possíveis episódios de doenças de veiculação hídrica. 6.3.4 - Ausência de genes de virulência em isolados de E. coli ambientais Apesar de ser o único lago do parque com freqüente presença de banhistas, nenhum fator de virulência foi detectado nas amostras de E. coli isoladas do Lago Dom Helvécio. O mesmo foi verificado para as linhagens de E. coli isoladas da Lagoa Gambazinho, embora nesta lagoa seja proibida a prática de banho e a realização de atividades recreacionais. Este resultado é semelhante àqueles encontrados por VALENTINI et al. (1992), que verificaram que das 38 linhagens de E. coli enteropatogênicas isoladas de diferentes fontes ambientais, tais como, águas de lago recreacional, de rios, de represas, minas e poços artesianos, nenhuma apresentou fatores de virulência. Segundo ACKMAN et al. (1997), a maioria dos estudos sobre a transmissão de doenças gastrointestinais entre banhistas, tem sido feita em águas marinhas e em águas de lagos que recebem escoamento de esgoto. O monitoramento de pequenos lagos para avaliar a contaminação fecal por sistemas sépticos e banhistas tem sido pouco investigado. 75 6.4- Sorogrupos diarreiogênicos de E. coli isolados das lagoas RAPELLI et al. (2005) afirmam que a identificação de E. coli diarreiogênica não pode ser baseada somente na cultura ou provas bioquímicas, uma vez que estes métodos são indistinguíveis entre E. coli comensal e E. coli patogênica normalmente encontrada nas fezes de humanos e animais. Além disso, a técnica de sorotipagem específica para determinados sorogrupos nem sempre correlaciona com a patogenicidade da linhagem. A discriminação de subgrupos de EPEC, ETEC, EHEC e EIEC requer a utilização de técnicas moleculares baseadas em genes de virulência (REGUA-MANGIA et al., 2004). 6.5 – Linhagens do sorotipo O157: H7 isolados das lagoas Diferente da maioria das linhagens de E. coli, o sorotipo O157: H7 não fermenta sorbitol nem ramnose, os testes para verificar a fermentação desses açúcares são sugeridos como um recurso simples para caracterização desse microrganismo. MARCH & RATNAM (1986) constataram que dos 84 isolados clínicos de E. coli analisados em ágar MacConkey Sorbitol (SMAC), nenhum fermentou o sorbitol, e destes, 76 (90%) foram identificadas como O157:H7. Os referidos autores relatam que as amostras fecais analisadas foram coletadas de pacientes durante a fase aguda da doença, e a alta incidência de E. coli O157: H7 nas culturas de fezes pode ter sido um resultado direto disto. A ocorrência de apenas 5 isolados de E. coli que não fermentaram o sorbitol dentre as 80 linhagens analisadas no presente estudo pode ser explicado considerando que as amostras estudadas são de origem ambiental e não foram isoladas diretamente das fezes de humanos que apresentavam os sintomas da doença provocada por E. coli O157: H7. 6.6 – Linhagens resistentes a antibióticos isolados nas lagoas A resistência aos antimicrobianos em E. coli tem sido relatada em todo mundo. A ocorrência do patógeno e o perfil de susceptibilidade, entretanto, 76 apresentam variações geográficas bem como significantes diferenças em várias populações e ambientes (VON BAUM & MARRE, 2005). No presente trabalho, o número de linhagens de Escherichia coli resistentes a antibióticos, nas lagoas, foi considerável. Este resultado foi importante pela alta proporção de isolados resistentes, haja visto que 65% dos isolados mostrou-se resistente a pelo menos um antibiótico. Além disso, deve-se destacar que 16% dos isolados eram multiresistentes para até sete antibióticos e o alerta se faz também porque mais da metade destes foram sorotipos diarreiogênicos ou se mostraram positivos para o gene de virulência stx2 característico de linhagens enterohemorrágicas. Segundo BALDINI et al. (1991), a presença de linhagens de Escherichia coli resistentes a antibióticos no ambiente constitui um problema principalmente considerando aquelas que carregam o plasmídeo R de resistência, pois a transferência deste plasmídeo entre linhagens taxonômicas próximas é um fato, e dessa forma contribui para a disseminação desse estado indesejável. Para PARVEEN et al (1997), o perfil de resistência a antibióticos em E. coli está associado a origem da poluição no ambiente. Os referidos autores observaram que 82% das linhagens de E. coli isoladas de água residual urbana e rural apresentaram resistência a vários antibióticos testados. A resistência entre isolados de E. coli provavelmente ocorre devido o uso indiscriminado de agentes antimicrobianos que pode refletir na ocorrência de transferência de plasmídeos no trato digestivo de humanos e no ambiente (TREVORS et al., 1987; PARVEEN et al., 1997). BOON & CATTANACH (1999) isolaram linhagens de E. coli resistentes a antibióticos de aquíferos com diferentes origens de poluição, encontraram maior índice de linhagens resistentes naqueles com contaminação fecal de origem humana do que em outros com contaminação fecal de origem animal. Compatíveis com esses resultados foram os encontrados no presente trabalho pois, o Lago Dom Helvécio, local do parque de maior visitação pelos turistas, foi o que mostrou maior índice (54%) de linhagens de Escherichia coli resistentes e a multi-resistência até sete antibióticos também foi observada. As linhagens de Escherichia coli resistentes e multiresistente a antibióticos isolados nas lagoas têm um importante significado clínico e ecológico. A importância 77 clínica refere-se ao fato da resistência aos antibióticos constituir um fator de risco para o agravamento de uma patologia infecciosa, pois, uma vez instalada a doença clínica, torna-se difícil a escolha do antibiótico de eficácia terapêutica. Assim, atualmente, a abordagem da resistência aos antibióticos, constitui um dos parâmetros para a definir o grau de importância de uma linhagem bacteriana associada a uma patologia (VON BAUM & MARRE, 2005). Além dos fatores de virulência definidos por toxinas e elementos responsáveis pela aderência e invasibilidade associados aos mecanismos desencadeadores de doença, a detecção de perfis de susceptibilidade a antibióticos caracterizado por multi-resistência representa componente necessário à determinação do potencial patogênico de uma linhagem bacteriana. 78 CONCLUSÕES ____________________________________________________________________ • Todos os ambientes aquáticos amostrados no Parque Estadual do Rio Doce apresentaram baixa densidade de bactérias do grupo coliforme e foram considerados próprios para balneabilidade de acordo com a Resolução CONAMA 274/2000. • A espécie Escherichia coli foi identificada em todos os pontos amostrados ao longo de todo período de coleta indicando a freqüente presença de contaminação fecal de origem humana ou animal nos ecossistemas estudados. • Os genes de virulência stx2, eae e elt I foram encontrados em sete dos 80 isolados ambientais das lagoas investigadas. Este resultado sugere que existe a probabilidade dos banhistas adquirirem doença gastrointestinal transmitida pelas águas dos lagos investigados. • A Técnica de Aglutinação em Lâmina, específica para determinados sorogrupos nem sempre correlaciona com a patogenicidade da linhagem e a discriminação de subgrupos de EPEC, ETEC, EHEC e EIEC requer a utilização de técnicas moleculares baseadas em genes de virulência. • Alta incidência de isolados de E. coli multi-resistentes a antibióticos indicam a possível disseminação de linhagens resistentes pelos banhistas e animais, e também um risco para saúde dos mesmos. 79 8 - REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ____________________________________________________________________ ACKMAN, D., MARKS, S., MACK, P., CALDWELL, M., ROOT, T., BIRKHEAD, G. Swimming-associated haemorrhagic colitis due to Escherichia coli O157:H7 infection: evidence of prolonged contamination of a fresh water lake. Epidemiology and Infection. v. 119, p. 1-8, 1997. 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Linhagens de E. coli DH 05 DH 11 DH 18 DH 24 DH 28 DH 34 DH 37 DH 38 DH 39 DH 41 DH 44 DH 45 DH 52 DH 57 DH 59 DH 63 DH 66 DH 67 DH 70 DH 74 DH 77 DH 78 DH 80 DH 81 DH 83 DH 85 DH 87 DH 90 DH 91 DH 93 DH 94 DH 97 DH 98 DH 101 DH 103 DH 104 DH 113 Ponto de Coleta Lagoa Coletada Mês P1 P2 P3 P4 P5 Limnética P1 P2 P5 P2 Limnética P1 P3 P4 P1 P2 P3 P4 P5 P4 P1 P1 P2 P3 P4 P5 Limnética P2 P2 P2 P3 P4 P4 P5 Limnética P1 P3 Dom Helvécio Dom Helvécio Dom Helvécio Dom Helvécio Dom Helvécio Dom Helvécio Dom Helvécio Dom Helvécio Dom Helvécio Dom Helvécio Dom Helvécio Dom Helvécio Dom Helvécio Dom Helvécio Dom Helvécio Dom Helvécio Dom Helvécio Dom Helvécio Dom Helvécio Dom Helvécio Dom Helvécio Dom Helvécio Dom Helvécio Dom Helvécio Dom Helvécio Dom Helvécio Dom Helvécio Dom Helvécio Dom Helvécio Dom Helvécio Dom Helvécio Dom Helvécio Dom Helvécio Dom Helvécio Dom Helvécio Dom Helvécio Dom Helvécio Maio / 04 Maio / 04 Maio / 04 Maio / 04 Maio / 04 Maio / 04 Junho / 04 Junho / 04 Junho / 04 Julho / 04 Julho / 04 Agosto / 04 Agosto / 04 Agosto / 04 Setembro / 04 Setembro / 04 Setembro / 04 Setembro / 04 Setembro / 04 Outubro / 04 Dezembro / 04 Dezembro / 04 Dezembro / 04 Dezembro / 04 Dezembro / 04 Dezembro / 04 Dezembro / 04 Janeiro / 05 Janeiro / 05 Janeiro / 05 Janeiro / 05 Janeiro / 05 Janeiro / 05 Janeiro / 05 Janeiro / 05 Fevereiro / 05 Fevereiro / 05 99 ANEXO 2 Linhagens de Escherichia coli isoladas das Lagoas Carioca, Jacaré, Gambazinho e selecionadas para a detecção de fatores de virulência por PCR. Linhagens de E. coli 05 15 25 28 32 34 36 40 45 47 48 50 58 72 88 91 95 140 150 165 178 207 225 236 250 260 263 280 292 301 312 316 320 328 330 341 344 348 354 366 373 386 395 Ponto de Coleta Lagoa Coletada Litorânea Limnética Limnética Litorânea Limnética Litorânea Limnética Litorânea Litorânea Limnética Litorânea Limnética Litorânea Limnética Limnética Litorânea Limnética Litorânea Litorânea Litorânea Limnética Limnética Limnética Litorânea Litorânea Limnética Litorânea Litorânea Litorânea Litorânea Litorânea Limnética Litorânea Limnética Litorânea Limnética Litorânea Limnética Litorânea Limnética Litorânea Limnética Litorânea Lagoa Carioca Lagoa Gambazinho Lagoa Gambazinho Lagoa Carioca Lagoa Jacaré Lagoa Jacaré Lagoa Jacaré Lagoa Carioca Lagoa Jacaré Lagoa Gambazinho Lagoa Gambazinho Lagoa Carioca Lagoa Carioca Lagoa Carioca Lagoa Jacaré Lagoa Gambazinho Lagoa Gambazinho Lagoa Jacaré Lagoa Carioca Lagoa Gambazinho Lagoa Jacaré Lagoa Carioca Lagoa Gambazinho Lagoa Jacaré Lagoa Carioca Lagoa Carioca Lagoa Gambazinho Lagoa Jacaré Lagoa Carioca Lagoa Carioca Lagoa Gambazinho Lagoa Gambazinho Lagoa Jacaré Lagoa Jacaré Lagoa Carioca Lagoa Carioca Lagoa Gambazinho Lagoa Gambazinho Lagoa Jacaré Lagoa Jacaré Lagoa Carioca Lagoa Carioca Lagoa Gambazinho Mês Maio / 04 Maio / 04 Maio / 04 Junho / 04 Junho / 04 Julho / 04 Julho / 04 Agosto / 04 Agosto / 04 Agosto / 04 Agosto / 04 Agosto / 04 Setembro / 04 Setembro / 04 Setembro / 04 Setembro / 04 Setembro / 04 Outubro / 04 Outubro / 04 Outubro / 04 Outubro / 04 Outubro / 04 Outubro / 04 Novembro / 04 Novembro / 04 Novembro / 04 Novembro / 04 Dezembro / 04 Dezembro / 04 Dezembro / 04 Dezembro / 04 Dezembro / 04 Janeiro / 05 Janeiro / 05 Janeiro / 05 Janeiro / 05 Janeiro / 05 Janeiro / 05 Fevereiro / 05 Fevereiro / 05 Fevereiro / 05 Fevereiro / 05 Fevereiro / 05 100