Influence of salmon-farm distance on the presence of genes that mediate resistance to oxytetracycline and florfenicol in bacterial communities from Puyuhuapi Fjord, Aysen region.

Abstract

Chile is the second largest salmon producer worldwide after Norway. This activity is developed mainly in the fjords and channels of the Aysen region, in the south of the country. Importantly, Chile uses 1500 times more antibiotics than Norway to produce one metric ton of salmon. In this study, we analyzed water samples collected in different distances from salmon farms in Puyuhuapi fjord, Aysen region. Bacterial counts were in the same magnitude order in all samples sites, with a live/death rate of 4:1. We determined, by denaturing gradient gel electrophoresis (DGGE), that the Operative Taxonomic Unit (OTU) richness was similar in the areas included in this study (20 OTUs). However, we observed a greater similarity (73%) in the composition of the structure of the bacterial community. Additionally, the oxytetracycline-resistance genes tetO, tetC, tet34, otrA y otrB were detected, as well as the florfenicol resistance determinants floR y fexA. Even though these genes were identified in the total DNA from the water samples, they were not detected from total RNA, evidencing that they were not expressed. Moreover, six isolates belonging to Pseudomonas fragi, Pseudoalteromonas nesutonica, Aliivibrio sifiae, Shewanella baltica, Providencia burhodogranariea y Vibrio tasmaniensis species were identified from plates supplemented with tetracycline (5 μg/mL) or florfenicol (3 μg/mL). Of these isolates, four harbored a class 1 integron, in which P. burhodogranariea y A. sifiae did not contain any antibiotic-resistance gene in their variable zone. Conversely, both V. tasmaniensis y P. fragi isolates carried the aadA9 gene associated with class 1 integrons. In conclusion, the results of this study evidenced that the salmon-farming activity has a relevant impact on the composition of the bacterial community nearby the fish culture centers. Nevertheless, there was not a significant difference among the abundance of antibiotic-resistance genes and the distance of the sampling sites from the culture center, thus the proposed hypothesis is rejected. Finally, our study suggests that the marine environment could be acting as a reservoir of antibiotic-resistance genes. In addition, the structures of the bacterial communities are significantly different in the area nearby the salmon cages, in comparison with those present in distant sites. These phenomena could be importantly influenced by the salmon farming centers, where antibiotics are normally used.

Chile es uno de los principales productores de salmón a nivel mundial y esta actividad se desarrolla principalmente en el sur del país, particularmente en los fiordos y canales de la Región de Aysén. Uno de los factores asociados a esta actividad es la alta utilización de antibióticos, ya que para producir una tonelada métrica de salmón se utiliza 1500 veces más antibióticos que en Noruega (primer productor a nivel mundial). En este estudio, se tomaron muestras de agua a diferentes distancias de un centro de cultivo de salmones ubicado en el fiordo Puyuhuapi, Región de Aysén. Los recuentos bacterianos se encontraron en la misma orden de magnitud en todos los sitios de muestreo, y con una relación entre vivas y muertas de 4:1 respectivamente. La electroforesis en gel con gradiente denaturante (DGGE) evidenció que la riqueza de OTUs fue similar en todas las estaciones de muestreo (20 OTUs); sin embargo, se observa una mayor similitud (73%) en la composición de estas comunidades bacterianas. Se pesquisaron genes de resistencia a oxitetraciclina (tetO, tetC, tet34, otrA y otrB) y florfenicol (floR y fexA) en el ADN extraído de las muestras de agua, no obstante, estos no pudieron detectarse mediante RT-PCR lo que estaría evidenciando que al momento del muestreo estos genes no se estaban expresando. Además, mediante siembra en placas con presión selectiva, tetraciclina (5 μg/mL) o florfenicol (3 μg/mL), se aislaron seis cepas identificadas como Pseudomonas fragi, Pseudoalteromonas nesutonica, Aliivibrio sifiae, Shewanella baltica, Providencia burhodogranariea y Vibrio tasmaniensis. Cuatro de estos aislados portaban integrones de clase I, P. burhodogranariea y A. sifiae no portaban genes de resistencia en la región variable, mientras que V. tasmaniensis y P. fragi tenían e gen aadA9 asociado al integrón detectado. En conclusión, los resultados obtenidos en este estudio muestran que la actividad salmonícola tiene un evidente efecto sobre la composición de las comunidades bacterianas aledañas a los centros de cultivo; sin embargo, no se observó una relación entre la abundancia de los genes de resistencia pesquisados y la distancia de las estaciones de muestreo desde el centro de cultivo, lo que permite rechazar la hipótesis planteada. Finalmente, la información obtenida en este estudio sugiere que el ambiente marino estaría actuando como reservorio de genes de resistencia, y que la estructura de la comunidad bacteriana en el entorno directo de las balsas jaulas sería diferente a las comunidades de puntos más distantes, lo que podría deberse a la influencia de estos centros de cultivo.