Resistance to last-resort antibiotics in natural environments

Last-resort antibiotics are the final line of action for treating serious infections caused by multiresistant strains. Over the years the prevalence of resistant bacteria has been increasing. Natural environments are reservoirs of antibiotic resistance, highly influenced by human-driven activities. The importance of aquatic systems on the evolution of antibiotic resistance is highlighted from the assumption that clinically-relevant resistance genes have originated in strains ubiquitous in these environments. We hypothesize that: a) rivers are reservoirs and disseminators of antibiotic resistance; b) anthropogenic activities potentiate dissemination of resistance to last-resort antibiotics. Hence, the main goal of the work is to compare the last-resort antibiotics resistome, in polluted and unpolluted water. Rivers from the Vouga basin, exposed to different anthropogenic impacts, were sampled. Water quality parameters were determined to classify rivers as unpolluted or polluted. Two bacterial collections were established enclosing bacteria resistant to cefotaxime (3rd generation cephalosporin) and to imipenem (carbapenem). Each collection was characterized regarding: phylogenetic diversity, antibiotic susceptibility, resistance mechanisms and mobile genetic elements. The prevalence of cefotaxime- and imipenem-resistant bacteria was higher in polluted water. Results suggested an important role in the dissemination of antibiotic resistance for Enterobacteriaceae, Pseudomonas and Aeromonas. The occurrence of bacteria resistant to non-beta-lactams was higher among isolates from polluted water as also the number of multiresistant strains. Among strains resistant to cefotaxime, extended-spectrum beta-lactamase (ESBL) genes were detected (predominantly blaCTX-M-like) associated to mobile genetic elements previously described in clinical strains. ESBL-producers were often multiresistant as a result of co-selection mechanisms. Culture-independent methods showed clear differences between blaCTX-M-like sequences found in unpolluted water (similar to ancestral genes) and polluted water (sequences identical to those reported in clinical settings). Carbapenem resistance was mostly related to the presence of intrinsically resistant bacteria. Yet, relevant carbapenemase genes were detected as blaOXA-48-like in Shewanella spp. (the putative origin of these genes), and blaVIM-2 in Pseudomonas spp. isolated from polluted rivers. Culture-independent methods showed an higher than the previously reported diversity of blaOXA-48-like genes in rivers. Overall, clear differences between polluted and unpolluted systems were observed, regarding prevalence, phylogenetic diversity and susceptibility profiles of resistant bacteria and occurrence of clinically relevant antibiotic resistance genes, thus validating our hypotheses. In this way, rivers act as disseminators of resistance genes, and anthropogenic activities potentiate horizontal gene transfer and promote the constitution of genetic platforms that combine several resistance determinants, leading to multiresistance phenotypes that may persist even in the absence of antibiotics.

Combining sampling, profiling, remote sensing and modelling to efficiently monitoring estuarine and coastal water quality

Monitoring of coastal and estuarine water quality has been traditionally performed by sampling with subsequent laboratory analysis. This has the disadvantages of low spatial and temporal resolution and high cost. In the last decades two alternative techniques have emerged to overcome this drawback: profiling and remote sensing. Profiling using multi-parameter sensors is now in a commercial stage. It can be used, tied to a boat, to obtain a quick “picture” of the system. The spatial resolution thus increases from single points to a line coincident with the boat track. The temporal resolution however remains unchanged since campaigns and resources involved are basically the same. The need for laboratory analysis was reduced but not eliminated because parameters like nutrients, microbiology or metals are still difficult to obtain with sensors and validation measurements are still needed. In the last years the improvement in satellite resolution has enabled its use for coastal and estuarine water monitoring. Although spatial coverage and resolution of satellite images in the present is already suitable to coastal and estuarine monitoring, temporal resolution is naturally limited to satellite passages and cloud cover. With this panorama the best approach to water monitoring is to integrate and combine data from all these sources. The natural tools to perform this integration are numerical models. Models benefit from the different sources of data to obtain a better calibration. After calibration they can be used to extend spatially and temporally the methods resolution. In Algarve (South of Portugal) a monitoring effort using this approach is being undertaken. The monitoring effort comprises five different locations including coastal waters, estuaries and coastal lagoons. The objective is to establish the base line situation to evaluate the impact of Waste Water Treatment Plants design and retrofitting. The field campaigns include monthly synoptic profiling, using an YSI 6600 multi-parameter system, laboratory analysis and fixed stations. The remote sensing uses ENVISAT\MERIS Level 2 Full Resolution data. This data is combined and used with the MOHID modelling system to obtain an integrate description of the systems. The results show the limitations of each method and the ability of the modelling system to integrate the results and to produce a comprehensive picture of the system.

Advanced monitoring of South Portugal water bodies towards WFD

The challenge on implementation of the EU Water Framework Directive (WFD) fosters the development of new monitoring methods and approaches. It is now commonly accepted that the use of classical monitoring campaigns in discrete point is not sufficient to fully assess and describe a water body. Due to this the WFD promote the use of modelling techniques in surface waters to assist all phases of the process, from characterisation and establishment of reference conditions to identification of pressures and assessment of impact. The work presented in this communication is based on these principles. A classical monitoring of the water status of the main transitional water bodies of Algarve (south of Portugal) is combined with advanced in situ water profiling and hydrodynamic, water quality and ecological modelling of the systems to build a complete description of its state. This approach extends spatially and temporally the resolution of the classical point sampling. The methodology was applied during a 12 month program in Ria Formosa coastal lagoon, the Guadiana estuary and the Arade estuary. The synoptic profiling uses an YSI 6600 EDS multi-parameter system attached to a boat and a GPS receiver to produce monthly synoptic maps of the systems. This data extends the discrete point sampling with laboratory analysis performed monthly in several points of each water body. The point sampling is used to calibrate the profiling system and to include variables, such as nutrients, not measured by the sensors. A total of 1427 samplings were performed for physical and chemical parameters, chlorophyll and microbiologic contamination in the water column. This data is used to drive the hydrodynamic, transport and ecological modules of the MOHID water modelling system (www.mohid.com), enabling an integrate description of the water column.

Modelação lagrangeana dos processos de transporte na Ria Formosa

Apresenta-se um modelo de advecção-difusão do tipo Lagrangeano para a simulação da dispersão de massas de água provenientes de fontes pontuais e descreve-se o modelo hidrodinâmico usado na simulação do escoamento. Estes modelos são utilizados para a caracterização hidrodinâmica da Ria Formosa do ponto de vista da qualidade da água. Tentam-se encontrar razões para os problemas associados aos viveiros de bivalves, sugerindo-se formas de melhorar a qualidade da água.

Sistema automático de medida usando o sistema GSM

Este artigo apresenta um sistema automático de aquisição de dados com aplicação na monitorização da qualidade da água, não só do mar mas também de rios, lagos e lagoas. É um instrumento ambiental bastante útil, baseado numa estação de medida situada numa bóia que envia os dados via GSM para uma estação em Terra.

Modelação do impacte produzido pelo aumento de nutrientes na produção primária do estuário do Sado

Os modelos matemáticos são ferramentas poderosas para avaliar o impacto humano em sistemas costeiros e estuarinos de estrutura complexa. Neste artigo utiliza-se um sistema de modelos para caracterizar o estado trófico do estuário do Sado e para prever a sua evolução baseada em diferentes cenários de intervenção humana. Analisa-se em pormenor o efeito do aumento de nutrientes introduzidos no estuário através do rio. Este estudo permite tirar conclusões sobre o impacte que esse aumento terá sobre o estuário. O sistema de modelação é composto por um modelo hidrodinâmico tridimensional às equações primitivas e modelos de transporte acoplados a modelos de transporte de sedimentos, modelos de qualidade da água e modelos ecológicos. O modelo hidrodinâmico encontra-se calibrado e validado para o sistema. Utilizam-se dados de campo de nutrientes e de fitoplâncton para comparação com os resultados do modelo. Analisam-se as características do sistema e efectua-se uma análise de sensibilidade do comportamento biológico do estuário face ao aumento da carga de nutrientes. As conclusões principais são: Confirmação da adequabilidade da metodologia utilizada para a simulação da situação actual do estuário; Pequena sensibilidade do estuário a aumentos moderados da carga de nutrientes; Sensibilidade moderada do estuário para elevadas cargas de nutrientes.

Trophic assessment in chinese coastal systems

Dissertação mest., Gestão da Água e da Costa, Universidade do Algarve, 2007

DPSIR framework application supported by integrated watershed modeling for irrigation from Alqueva dam (Portugal) on Guadiana river estuary

Dissertação de mest., Gestão da Água e da Costa, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade do Algarve, 2009

O microfitoplâncton e possível interferência no crescimento da dourada (Sparus aurata, Linnaeus, 1758) em tanques de aquacultura semi-intensiva

Dissertação de Mestrado, Biologia Marinha, Especialização em Aquacultura e Pescas, Faculdade de Ciências do Mar e do Ambiente, Universidade do Algarve, 2008

The assessment of the practicability of the SOCOPSE project

Dissertação de Mestrado, Gestão da Água e da Costa, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade do Algarve, 2010

Simulation of economic benefits achieved by water quality improvement for recreational and professional users, within the SPICOSSA SSA (SPICOSSA System Approach) 11 - Guadiana estuary ecosystem sic

Dissertação de Mestrado, Gestão da Água e da Costa, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade do Algarve, 2010

Water use and conservation at the environmental protection area of Brilhante, Santa Catarina - Brazil

Dissertação mest., Gestão da Água e da Costa, Universidade do Algarve, 2008

Modelação e simulação nas lagoas de Quiaios

Tese de dout., Ciências e Tecnologias do Ambiente (Modelação Ambiental), Univ. do Algarve, 1999

Estudo da deterioração da gamba Parapenaeus longirostris (Lucas, 1846)

Dissertação de mest., Tecnologia de Alimentos, Instituto Superior de Engenharia, Univ. do Algarve, 2010

Utilização de redes TIN em modelos distribuídos de precipitação/escoamento superficial

A comunicação apresenta as directivas de desenvolvimento de um modelo distribuído e a sua aplicação à Ribeira da Pradiela (distrito de Évora, afluente do Dejebe). A utilização de modelos distribuídos de precipitação/escoamento superficial para modelação integrada dos fenómenos hidrodinâmicos, transporte de sedimentos e qualidade da água à escala da bacia hidrográfica, é fundamental para uma correcta percepção dos binómios causas/efeitos e consequente gestão optimizada dos recursos hídricos. Os modelos distribuídos existentes assentam em malhas estruturadas de células regulares adjacentes (DEM) ou em malhas de triângulos irregulares adjacentes (TIN). Os primeiros têm um processamento relativamente simples e são compatíveis com a estrutura matricial de uma imagem raster, contudo obrigam a uma densidade de informação uniforme sobre a área em estudo, apresentam problemas de escala na representação das linhas de água e das variáveis distribuídas como a altitude, classes de solo, classes de uso do solo, dotações de rega, fertilizantes e pesticidas. As redes TIN são mais versáteis e no caso particular de os pontos levantados sobre o terreno formarem uma métrica regular, a rede TIN representa uma malha estruturada. Os modelos existentes que utilizam uma malha TIN definem a rede hidrográfica pelas arestas comuns dos triângulos que formam um ângulo côncavo entre si. Esta implementação pode forçar a existência de linhas de água onde não existem traços morfológicos da sua existência. A metodologia proposta para gerar as linhas de água passa por definir uma área de influência associada a cada nó (polígono de Voronoi) que drena por uma linha de água definida entre o próprio nó e o nó vizinho com o qual forma o maior declive. Esta metodologia é relativamente simples, não cria ambiguidades e permite criar uma rede hidrográfica cuja estrutura é perfeitamente compatível com a implementação de um algoritmo de diferenças finitas. As secções transversais das linhas de água são definidas como função da área a montante da respectiva secção. A precipitação efectiva é calculada à escala da bacia pelo método da curva número (CN) do Soil Conservation Service (SCS) e à escala de uma parcela pela equação de Richardson. O escoamento é resolvido pela equação da onda cinemática nas linhas de água de ordem superior, pela equação de conservação da massa nas depressões e pelas equações de Saint-Venant na linha de água principal. É considerado o destacamento nas encostas e o destacamento/ transporte/ deposição nas linhas de água. Também é considerado o transporte de poluentes adsorvidos aos sedimentos, bem como fenómenos de wash-off .