Introducción
La resistencia a los antibióticos se ha convertido en uno de los problemas clínicos y de salud pública más graves en todo el mundo como lo indica el primer informe global de la Organización Mundial de la Salud (WHO, World Health Organization) sobre la resistencia a los antimicrobianos que se realizó en mayo de 2014 (He et al., 2016). La liberación de antibióticos de uso veterinario en el medio ambiente ha recibido un interés considerable. Los antibióticos se utilizan ampliamente para el tratamiento terapéutico de infecciones bacterianas y sub-terapéuticamente en la profilaxis y en la mejora de la eficiencia de la alimentación, y actuar como promotores de crecimiento en la producción animal (Wallace y Aga, 2016). Los medicamentos veterinarios antimicrobianos son sustancias biológicamente activas diseñadas para matar microbios o inhibir su crecimiento (Wei et al., 2016). Es claro que los antibióticos representan un riesgo significativo para la salud humana y del medio ambiente, incluso a bajas concentraciones. Por lo que los antibióticos pueden ser encontrados en diferentes compartimentos ambientales debido a su amplio uso, al drenaje de aguas superficiales, y a la liberación de aguas residuales de las plantas de tratamiento (Lucas et al., 2016).
Un estudio estima que los usos no terapéuticos de antibióticos para la producción ganadera representan 11.200 t anuales en los Estados Unidos. En Francia, 1.349 t fueron vendidos en año 2007. Al parecer, la producción porcina comercial es la actividad agrícola que consume la mayor cantidad de antibióticos en comparación con otros tipos de ganado (Solliec et al., 2016). En Estados Unidos aproximadamente 15.4 millones de kg de antibióticos y antimicrobianos aprobados para su uso en animales productores de alimentos se han vendido en 2013, con tetraciclinas que representan el 43% de las ventas totales (Wallace y Aga, 2016). Otros estudios proporcionan datos sobre la presencia de 13 medicamentos veterinarios en los suelos enriquecidos con estiércol de animales a profundidades de 0-20, 20-40 y 40-60 cm en la provincia de Jiangsu en China Oriental. Los resultados mostraron que más del 80% de los suelos (muestras) estaban contaminados. Como era de esperar, los residuos animales, y en especial los de la producción avícola puede actuar como una importante fuente de residuos de medicamentos veterinarios en los suelos (Wei et al., 2016).
La transferencia horizontal de genes resistentes a antibióticos en el medio ambiente y en los patógenos humanos es poco estudiado. La investigación existente se ha centrado en gran medida sobre los efectos de la salud humana, pocos estudios acerca de la resistencia de los antibióticos en los ecosistemas naturales y agrícolas. Actualmente la resistencia a antibióticos es considerada un reto por los expertos en todo el mundo sobre la salud pública. El papel de los alimentos de la comunidad
Resumen gráfico
y de la exposición de la salud en la transmisión de los patógenos resistentes a los antibióticos ha generado un importante debate y esfuerzo de investigación. El entorno natural podría desempeñar un papel importante como depósito y una fuente de resistencia. Sin duda, las vías de exposición son complejos y poco conocidas, y los efectos de estas exposiciones sobre la salud humana, la función del ecosistema, y la productividad de los sistemas agrícolas siguen sin estar claros (Williams-Nguyen et al., 2016). Sin embargo, la presencia de concentraciones relativamente altas de compuestos bioactivos se ha informado en las zonas agrícolas, pero pocos se dispone de información sobre sus productos de degradación. Los antibióticos usados en medicina veterinaria alcanzan los ambientes terrestres a través de muchas vías, incluyendo la aplicación de estiércol a los suelos (Solliec et al., 2016).
De facto, los antibióticos de uso veterinarios generan contaminación en tierras agrícolas. Y es común ver que los abonos se aplican a las tierras agrícolas para reciclar sus nutrientes de las plantas (Zhang et al., 2016). Estos medicamentos veterinarios pueden ser absorbidos por las plantas de cultivo de los suelos enriquecidos con estiércol y ser transportados a zanjas, arroyos y ríos a través de diversos flujos de aguas subterráneas por lixiviación (Wei et al., 2016).
No es sorprendente que en los últimos 15 años un gran número de antibióticos a partir de una amplia gama de clases, incluyendo los macrólidos (eritromicina, tilmicosina, tilosina), lincosamidas (lincomicina), sulfonamidas (sulfadiazina, sulfamethazine, sulfametoxazol), análogos de tiamfenicol (cloranfenicol, florfenicol), fluoroquinolonas (ciprofloxacina, enrofloxacina, norfloxacina), tetraciclinas (clortetraciclina, doxiciclina, oxitetraciclina, tetraciclina), y otras clases (monensina, trimetoprim) se han detectado en los agroecosistemas en todo el mundo, incluyendo América del Norte y del Sur, Europa, Asia, y en una variedad de compartimentos ambientales, incluyendo suelos, aguas superficiales, sedimentos y biota, tales como plantas y lombrices de tierra (Williams-Nguyen et al., 2016). El objetivo es conocer una visión general de la resistencia a los antibióticos de uso veterinario en los ecosistemas, problemática per se que tiene un impacto muy importante el la salud de los ecosistemas, en salud animal (bienestar animal) y en la salud pública.
Perspectiva científica:
aspectos del problema
El destino de los antibióticos en el suelo varía: en el caso de los antibióticos como sulfonamidas no se absorben en el suelo y por lo tanto se han detectado con frecuencia en aguas superficiales, aguas subterráneas, agua de los poros del suelo. Mientras que otros antibióticos como las tetraciclinas o fluoroquinolonas, puede persistir durante varios meses a años en el suelo. Mientras tanto, los antibióticos pueden acumularse en el suelo. Con el tiempo las tasas de entrada excederán las tasas de disipación. Un estudio sobre la contaminación sulfametoxazol y ciprofloxacino en los suelos de México demostró que estos dos productos químicos pueden acumularse en el suelo durante un período de 20 años. Los antibióticos de uso veterinario también pueden transferirse desde el suelo a los cultivos y posteriormente a la salud que supone un potencial peligro para los seres humanos. La contaminación del suelo por antibióticos también ha contribuido a la propagación de genes resistentes a los antibióticos en el medio ambiente, lo que podría dar lugar a un riesgo aún más grave para la salud humana (Dalkmann et al., 2012; Zhang et al., 2016).
Discusión
Existen varias clases de antibióticos, entre ellos, las tetraciclinas (TCs, tetracyclines) que son los más utilizados, seguido de ß-lactaminas, sulfonamidas, lincosamidas, diaminopirimidinas y macrólidos. Debido a las grandes dosis utilizadas y el hecho de que los antibióticos son pobremente absorbidos por los cerdos; la mayoría de estos productos farmacéuticos se excretan sin cambios, ya sea como metabolitos resultantes de la biotransformación de los compuestos originales. Dependiendo de la sustancia, el modo de aplicación y el período después de la administración, se ha demostrado que las tasas de excreción varían entre un 40 y un 90% para el caso de las TCs y las sulfonamidas (Solliec et al., 2016). Sin duda, en comparación con otros animales de granja (pollos de engorde o de crecimiento rápido y ganado vacuno), los antibióticos se usan comúnmente como promotor del crecimiento en la cría porcina, por lo tanto, los corrales de engorde de cerdos son de particular interés como posibles puntos activos en la resistencia a los antibióticos (He et al., 2016).
Actualmente, se ha señalado que los antibióticos de tetraciclina se encontraron en varios cientos de μg L-1 en el estiércol líquido del cerdo utilizado para la fertilización, varios cientos de ng L-1 en las aguas de drenaje y varios ng g-1 en los suelos, mientras que los productos de degradación se encuentran a veces en concentraciones superiores a los compuestos originales (Solliec et al., 2016). Sin duda, el uso excesivo y el mal uso de los antibióticos ha dado lugar a la aparición de bacterias resistentes a los antibióticos, lo que compromete la eficacia de la terapia antimicrobiana debido a que los organismos infecciosos se están volviendo resistentes a los antibióticos comúnmente prescritos. De hecho, la aparición y propagación de bacterias resistentes han sido clasificados por la WHO como una de las principales amenazas para la salud pública en el siglo 21, y sin acciones urgentes nos dirigimos a una era post-antibiótica, en que las infecciones comunes y lesiones menores pueden llegar a causar la muerte (Lucas et al., 2016).
“Por otro lado, en la agricultura moderna, la mayoría de los medicamentos veterinarios para uso en la alimentación animal son mal absorbidos en el intestino y hasta el 90% de ellos pueden ser excretados ya sea como un compuesto de origen o en una forma parcialmente metabolizada.”
Los medicamentos veterinarios que tienen el potencial para entrar en el entorno a través de los abonos de estiércol animal pueden persistir en el suelo durante mucho tiempo (Wei et al., 2016). De tal forma que el 90% de la dosis administrada pasan a través del animal sin cambios, mientras que muchos metabolitos son fácilmente convertidos de nuevo en el ingrediente activo después de la descomposición biótica. Incluso a concentraciones subinhibitorias, se ha demostrado que induce la selección de la población y el mantenimiento de los genes de resistencia a antibióticos en los ecosistemas (Wallace y Aga, 2016).
Aplicaciones prácticas
Los antibióticos se utilizan ampliamente para el tratamiento y prevención de enfermedades en seres humanos, animales, y menos comúnmente en plantas de cultivo. Muchos antibióticos también se utilizan para promover el crecimiento y mejorar la eficiencia de la alimentación en la agricultura animal. Que después de su uso, los residuos de antibióticos, así como las bacterias resistentes a los antibióticos (ARB, Antibiotic-Resistant Bacteria) y los genes resistentes a antibióticos (ARGs, Antibiotic Resistance Genes) “ver figura 1 y 2”se introducen en el suelo y el agua a través de la excreción directa, la aplicación al suelo de los biosólidos o estiércol de animales como fertilizantes y el riego con aguas residuales o efluentes tratadas (Williams-Nguyen et al., 2016).
Figura 1. Modelo causal conceptual que representa los efectos hipotéticos de antibióticos, bacterias resistentes a los antibióticos (ARB), y los genes resistentes a antibióticos (ARGs) en agroecosistemas y el medio ambiente. El uso intencional de los antibióticos dan como resultado un aumento de los niveles de antibióticos (1), ARB (2), y ARG (3) en los agroecosistemas. Los residuos de antibióticos causan un enriquecimiento de ARB en el medio ambiente (4). ARB y ARG, aunque distintas, están íntimamente ligadas a la dirección causal mixta o desconocida (5). Los efectos de los antibióticos y de las ARB en agroecosistemas sobre la salud humana (6 y 9), la función del ecosistema (7 y 10), y la productividad del sistema agrícola (8 y 11). El amarillo representa compuestos antibióticos activos. El azul representa los elementos de resistencia y el rosa representa los resultados de interés.
Figura 2. Representación esquemática de las relaciones entre bacterias susceptibles y bacterias resistentes a los antibióticos (ARB), y genes resistentes a antibióticos (ARGs) extracelulares. R (en triángulo) representa el fenotipo de resistencia.
El predominio de las tetraciclinas en los suelos subraya la necesidad de regular su uso veterinario con el fin de mejorar la gestión y el tratamiento de las emisiones asociadas. Las aplicaciones de antibacterianos veterinarios como promotores del crecimiento en los piensos para animales están estrictamente reguladas en varios países e incluso totalmente prohibidas en la Unión Europea desde el 2006 y en los Estados Unidos (Wei et al., 2016).
Además, la diferenciación de las concentraciones de antibiótico es importante entre los abonos líquidos y sólidos, como su porción en la fracción sólida depende de las propiedades fisicoquímicas de cada composición antibiótica y el estiércol (por ejemplo, contenido orgánico, pH) y porque cada fracción se puede tratar y volver a utilizar de manera diferente (ver referencia para datos de los método eficientes y sensibles) (Wallace y Aga, 2016). Los antibióticos están en grandes cantidades tanto en medicina humana como en medicina veterinaria. Los estudios demuestran que los residuos de antibióticos se producen en el medio ambiente, por ejemplo, el suelo y las aguas superficiales. En algunos casos también se han detectado en el suelo y el agua potable. Sin embargo, el grado de contaminación de las aguas subterráneas por residuos de antibióticos derivados de la producción animal sigue siendo desconocida (Balzer, Zühlke, y Hannappel, 2016).
Claves del vacío del conocimiento para futuros estudios
(Williams-Nguyen et al., 2016).
1. Nivel de exposición de los seres humanos y los sistemas agrícolas a ARB y ARGs en el medio ambiente, y el efecto de la dosis-respuesta a estas exposiciones (ver, fig. 1, flechas 9 y 11).
2. Efecto de los antibióticos y los ARB II en los ecosistemas naturales y la vida silvestre (ver, fig. 1, las flechas 7 y 10).
3. Comprensión mecanicista del destino y del transporte de los aminoglucósidos y β-betalactámicos (ver, fig. 1, flecha 1).
4. Impacto relativo de los antibióticos liberados y selección por resistencia (ver, fig. 1, las flechas 1 y 4) frente a los ARB/ARGs liberados sobre la resistencia en el medio ambiente (ver, fig. 1, flecha 2).
5. Contribución de la transferencia horizontal de genes (HGT, horizontal gene transfer) a la resistencia en el medio ambiente (ver, fig. 1, flecha 5).
Conclusión
Es posible que los suelos y aguas estén contaminados por los
medicamentos veterinarios e incluso por aquellos que ya han sido prohibidos desde hace varios años. ¿Cuántos kg o toneladas de antibióticos son utilizados y consumidos en la producción animal?. ¿A cuánto asciende la venta de medicamentos veterinarios y que se ha hecho para disminuir los problemas de resistencia a los antibióticos? México tiene muy pocos estudios que podrían ayudar a dirigir una propuesta sobre el uso racional de los medicamentos veterinarios: en el entendido de su uso; que impactará en los ecosistemas por la degradación metabólica animal. En la actualidad el uso racional de los medicamentos veterinarios poco ayudará a resolver el problema de contaminación de las aguas y suelos y de la resistencia a los antibióticos. Sin duda, una brillante propuesta para solucionar el problema de la contaminación y la resistencia de los antibióticos sería de gran ayuda. Por lo que es necesario hacer más investigación y evaluar el impacto de estos compuestos en el medio ambiente, la salud animal y la salud pública. Por lo tanto, la capacidad de evaluar correctamente la carga de antibióticos en los desechos animales es crucial para minimizar la exposición a los ecosistemas.
Referencias
Bibliografía
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9. Wei R, Ge F, Zhang L, Hou X, Cao Y, Gong L, . . . Bao E. (2016). Occurrence of 13 veterinary drugs in animal manure-amended soils in Eastern China. Chemosphere, 144, 2377-2383. doi: http://dx.doi. org/10.1016/j.chemosphere.2015.10.126
10. Williams-Nguyen J, Sallach JB, Bartelt- Hunt S, Boxall AB, Durso LM, McLain JE, . . . Zilles JL. (2016). Antibiotics and Antibiotic Resistance in Agroecosystems: State of the Science. J Environ Qual, 45. doi: 10.2134/jeq2015.07.0336
11. Zhang H, Zhou Y, Huang Y, Wu L, Liu X, & Luo Y. (2016). Residues and risks of veterinary antibiotics in protected vegetable soils following application of different manures. Chemosphere, 152, 229-237. doi: http://dx.doi.org/10.1016/j.chemosphere.2016.02.111
Genes y bacterias resistentes a los antibióticos en los ecosistemas: contaminación del agua y suelos por medicamentos veterinarios
PALABRAS CLAVE > Genes > Bacterias > Antibióticos > Ecosistemas > Medicamentos veterinarios
Gabriel Ruiz Castañeda, Renán Medina Domenzaín, Roberto Jiménez Torres, Martha E. Gutiérrez Vargas
Universidad Autónoma Metropolitana Unidad Xochimilco.
Departamento de Producción Agrícola y Animal. Asociación Nacional de Médicos
Veterinarios Zootecnistas al Servicio de la Salud Animal, A.C.