National-scale antimicrobial resistance surveillance in wastewater: A comparative analysis of HT qPCR and metagenomic approaches

抵抗性 基因组 废水 流出物 生物 抗生素耐药性 生物技术 污水处理 计算生物学 微生物学 抗生素 基因 环境科学 遗传学 环境工程 整合子
作者
Margaret E Knight,Gordon Webster,William Bernard Perry,Amy Baldwin,Laura Rushton,Daniel A. Pass,Gareth Cross,Isabelle Durance,Windi Muziasari,Peter Kille,Kata Farkas,Andrew J. Weightman,Davey L. Jones
出处
期刊:Water Research [Elsevier BV]
卷期号:262: 121989-121989 被引量:20
标识
DOI:10.1016/j.watres.2024.121989
摘要

Wastewater serves as an important reservoir of antimicrobial resistance (AMR), and its surveillance can provide insights into population-level trends in AMR to inform public health policy. This study compared two common high-throughput screening approaches, namely (i) high-throughput quantitative PCR (HT qPCR), targeting 73 antimicrobial resistance genes, and (ii) metagenomic sequencing. Weekly composite samples of wastewater influent were taken from 47 wastewater treatment plants (WWTPs) across Wales, as part of a national AMR surveillance programme, alongside 4 weeks of daily wastewater effluent samples from a large municipal hospital. Metagenomic analysis provided more comprehensive resistome coverage, detecting 545 genes compared to the targeted 73 genes by HT qPCR. It further provided contextual information critical to risk assessment (i.e. potential bacterial hosts). In contrast, HT qPCR exhibited higher sensitivity, quantifying all targeted genes including those of clinical relevance present at low abundance. When limited to the HT qPCR target genes, both methods were able to reflect the spatiotemporal dynamics of the complete metagenomic resistome, distinguishing that of the hospital and the WWTPs. Both approaches revealed correlations between resistome compositional shifts and environmental variables like ammonium wastewater concentration, though differed in their interpretation of some potential influencing factors. Overall, metagenomics provides more comprehensive resistome profiling, while qPCR permits sensitive quantification of genes significant to clinical resistance. We highlight the importance of selecting appropriate methodologies aligned to surveillance aims to guide the development of effective wastewater-based AMR monitoring programmes.
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