Caracterização do microbioma e resistoma de amostras de dejetos da avicultura de corte e suinocultura do Oeste do estado de Santa Catarina

Abstract

O setor de produção animal em Santa Catarina é crucial social, econômica, ambiental e sanitariamente tanto a nível estadual quanto nacional. O uso de antimicrobianos tem um impacto relevante na produção e na Saúde Única. Considerando a importância dos ambientes de criação como fontes de genes de resistência antimicrobiana (ARGs) e fatores de virulência (VFs), o objetivo deste trabalho é analisar a microbiota, o resistoma e os VFs em dejetos de aves e suínos, além de investigar como diferentes práticas de produção influenciam esses padrões no oeste do Estado de Santa Catarina. Na avicultura, foram coletadas 8 amostras de cama de aviário, provenientes dos lotes 1, 2, 3, 4, 6, 9 e 12, sendo cada lote correspondente a um ciclo de produção de aves com duração aproximada de 40 a 45 dias. Além disso, foi obtida uma amostra de um sistema de criação orgânica. Na suinocultura, as amostras foram coletadas na entrada (afluente) e na saída (efluente) dos biodigestores das granjas entre 2013 e 2019. Para a granja com manejo orgânico, a coleta foi realizada diretamente do tanque de armazenamento de dejetos brutos (esterqueira), totalizando 15 amostras. O DNA total das amostras foi extraído e sequenciado utilizando a técnica de shotgun. A análise foi conduzida através de duas abordagens. A primeira incluiu a realização de uma análise taxonômica com o Kraken e a busca por genes de resistência com o MegaRes. A segunda abordagem envolveu a montagem das sequências com o MetaSPAdes, a busca por genes de resistência utilizando o CARD e a identificação de plasmídeos com o PlasClass, além da detecção de fagos com o DeepVirFinder. Os resultados das amostras de cama de aviário mostram que a diversidade microbiana aumenta com o uso sucessivo das camas pelos lotes de animais, enquanto a presença ARGs tende a diminuir, sugerindo que as práticas de manejo são eficazes na redução desses genes. Em contraste, os dejetos de suínos tratados em biodigestores mostram uma alteração na comunidade microbiana, resultando em um perfil mais homogêneo, mas sem diferenças significativas nos ARGs entre a entrada e a saída dos biodigestores. A análise comparativa entre os sistemas de produção revelou 1.697 contigs com ARGs, distribuídos em vinte classes farmacológicas, sendo as mais prevalentes as que codificam para aminoglicosídeos, multirresistentes e tetraciclinas. Foram encontrados também 309 contigs com VFs, como adesinas, flagelos e fatores de aquisição de nutrientes. O gênero Escherichia foi associado principalmente aos ARGs e VFs nas amostras de cama de aviário, indicando um impacto potencial de Escherichia coli patogênica aviária (APEC) na avicultura. Além disso, a presença de Staphylococcus e Gammaproteobacteria em ambos os ambientes sugere que estes são reservatórios de ARGs. A relevância dos elementos genéticos móveis (MGEs), especialmente plasmídeos, destaca a necessidade de monitoramento e controle para combater a propagação da resistência antimicrobiana (AMR). Estes resultados ressaltam a complexidade da interação entre ARGs, VFs e MGEs, sublinhando a necessidade de estratégias abrangentes para enfrentar esse desafio global de saúde.

Abstract: The animal production sector in Santa Catarina is crucial both socially, economically, environmentally, and sanitary at both state and national levels. The use of antimicrobials has a significant impact on production and One Health. Considering the importance of production environments as sources of antimicrobial resistance genes (ARGs) and virulence factors (VFs), the study aimed to analyze the microbiota, resistome, and VFs in broilers and swine manure samples and to investigate how different production practices influence these patterns in Santa Catarina western region. In poultry farming, eight samples of broiler litter were collected from batches 1, 2, 3, 4, 6, 9, and 12, with each batch corresponding to a production cycle of broilers lasting approximately 40 to 45 days. Additionally, a sample was obtained from an organic farming system. In swine farming, samples were collected from the inlet (influent) and outlet (effluent) of biodigesters on farms between 2013 and 2019. For the organic farm, the sample was collected directly from the raw manure storage tank (manure pit), totaling 15 samples. Total DNA was extracted from the samples and sequenced using the shotgun technique. The analysis was carried out using two approaches. The first approach involved a taxonomic analysis with Kraken and a search for resistance genes with MegaRes. The second approach included sequence assembly with MetaSPAdes, searching for resistance genes using CARD, identifying plasmids with PlasClass, and detecting phages with DeepVirFinder. The results from the broiler litter samples indicate that microbial diversity increases with successive use of litter by animal batches. At the same time, the presence of ARGs tends to decrease, suggesting that management practices reduce these genes. In contrast, manure from swine treated in biodigesters shows changes in the microbial community, resulting in a more homogeneous profile but no significant differences in ARGs between the inlet and outlet of the biodigesters. Comparative analysis between the production systems revealed 1,697 contigs containing ARGs distributed across twenty pharmacological classes, the most prevalent being those encoding for aminoglycosides, multidrug-resistant, and tetracyclines. Additionally, 309 contigs with VFs such as adhesins, flagella, and nutrient acquisition factors were identified. The genus Escherichia was primarily associated with ARGs and VFs in the broiler litter samples, indicating a potential impact of pathogenic Escherichia coli (APEC) in poultry farming. Furthermore, the presence of Staphylococcus and Gammaproteobacteria in both environments suggests that these are reservoirs of ARGs. The significance of mobile genetic elements (MGEs), especially plasmids, underscores the need for monitoring and controlling these elements to combat the spread of antimicrobial resistance (AMR). These results highlight the complexity of the interaction between ARGs, VFs, and MGEs, emphasizing the need for comprehensive strategies to address this global health challenge.