Pathogenic bacteria in the aquatic environment surrounding pig farms and cities : a microbiome analysis from Paraná and Santa Catarina, Brazil,

Abstract

Resumo: A criação de suínos tem um impacto ambiental significativo e gera uma quantidade substancial de resíduos. O tratamento convencional de águas residuais nas fazendas muitas vezes não elimina os patógenos, representando riscos de transmissão. Este estudo examinou o microbioma de amostras de água (n=10) de ambientes de criação de suínos (n=6) e áreas urbanas (n=4) no Brasil. As amostras de criação de suínos foram de Itambaracá no Paraná e Chapecó em Santa Catarina, enquanto as amostras urbanas foram de Curitiba no Paraná e Joinville em Santa Catarina. As amostras incluíram duas de antes (UP) e depois (DOWN) da presença de criação de suínos, e duas de um rio urbano (CITY) perto de fazendas de suínos. As amostras urbanas foram coletadas de nascentes de rios (n=2) e ao final do perímetro urbano (n=2). Proteobacteria dominaram 90% das amostras, com apenas uma amostra (P6) mostrando Firmicutes como predominante. Duas técnicas de pré-extração de DNA foram comparadas: um kit comercial e a filtração a vácuo por membrana. O kit comercial detectou E. coli em todas as amostras e P. aeruginosa em 60%. A técnica de filtração a vácuo encontrou Burkholderiales (64%), Burkholderiaceae (81%) e Acidovorax (40%) como predominantes. O kit comercial mostrou maior prevalência de Proteobacteria (>82%) e 100% de Gammaproteobacteria. E. coli O157:H7 e Shigella flexneri 2a str. 301 foram detectadas em todas as amostras do kit comercial e em 1 amostra de filtração a vácuo. As amostras de fontes de rios urbanos exibiram alta diversidade bacteriana (615 gêneros, 736 espécies em P1; 640 gêneros, 802 espécies em P5) com predominância de Alphaproteobacteria (52%). As amostras próximas ao final do perímetro urbano apresentaram diversidade reduzida (270 gêneros, 386 espécies em P2; 25 gêneros, 24 espécies em P6) e predominância de Gammaproteobacteria. A comparação entre os pontos UP e DOWN não resultou em uma correlação perceptível da influência da criação de suínos na alteração da composição microbiana nas amostras. Nossos resultados destacam a presença de bactérias patogênicas no ambiente aquático em torno das fazendas de suínos e enfatizam a ameaça potencial à saúde humana, animal e ambiental.

Abstract: Pig farming has a significant environmental impact and generates substantial waste. Conventional wastewater treatment on farms often fails to eliminate pathogens, posing transmission risks. This study examined the microbiome of water samples (n=10) from pig farm environments (n=6) and urban areas (n=4) in Brazil. Pig farm samples were from Itambaracá, Paraná, and Chapecó, Santa Catarina, while urban samples were from Curitiba, Paraná, Joinville, and Santa Catarina. Samples included two from before (UP) and after (DOWN) pig farm presence, and two from a city river (CITY) near pig farms. Urban samples were taken from river sources (n=2) and near metropolitan perimeters (n=2). Proteobacteria dominated 90% of samples, with only one sample (P6) showing Firmicutes as predominant. Two pre-DNA extraction techniques were compared: a commercial kit and membrane vacuum filtration. The commercial kit detected E. coli in all samples and P. aeruginosa in 60%. The vacuum filtration technique found Burkholderiales (64%), Burkholderiaceae (81%), and Acidovorax (40%) to be predominant. The commercial kit showed higher Proteobacteria prevalence (>82%) and 100% Gammaproteobacteria. E. coli O157:H7 and Shigella flexneri 2a str. 301 were detected in all commercial kit samples and one vacuum filtration sample. Urban river source samples exhibited high bacterial diversity (615 genera, 736 species in P1; 640 genera, 802 species in P5) with a predominance of Alphaproteobacteria (52%). Samples from the rivers' final courses had reduced diversity (270 genera, 386 species in P2; 25 genera, 24 species in P6) and Gammaproteobacteria predominance. The comparison between the points before (UP) and after (DOWN) did not result in a noticeable correlation of influence from pig farming on the alteration of microbial composition in the samples. Our results highlight the presence of pathogenic bacteria in the aquatic environment surrounding pig farms and emphasize the potential threat to human, animal, and environmental health.