Tolerance of pesticides and antibiotics among beneficial soil microbes recovered from contaminated rhizosphere of edible crops

Resumo

Um total de 45 isolados bacterianos benéficos do solo (15 de cada grupo: Pseudomonas, Azotobacter e bactérias solubilizadoras de fosfato – BSF), obtidos de solos rizosféricos poluídos, foi caracterizado morfológica e bioquimicamente. Os isolados produziram ácido indol-3-acético (AIA), sideróforos fenolatos – ácido salicílico (AS) e ácido 2,3-di-hidroxibenzoico (2,3-DHBA) –, ACC (1-aminociclopropano-1-carboxilato) desaminase, solubilizaram fosfato insolúvel (Pi), secretaram exopolissacarídeos (EPS) e produziram amônia e composto cianogênico (HCN). Os isolados foram testados quanto à capacidade de tolerar 12 agroquímicos (pesticidas químicos) e 14 antibióticos. Entre os Pseudomonas, o isolado PS1 apresentou a tolerância máxima (2183 µg/mL) a todos os agroquímicos testados. Da mesma forma, entre os isolados de Azotobacter (n = 15), AZ12 apresentou a maior (1766 µg/mL) e AZ7 a menor (950 µg/mL) capacidade de tolerância a todos os agroquímicos testados. Entre as bactérias solubilizadoras de fosfato, a tolerância máxima (1970 µg/mL) e mínima (1308 µg/mL) aos agroquímicos foi apresentada pelos isolados PSB8 e PSB13, respectivamente. A sensibilidade/resistência a antibióticos variou consideravelmente entre os isolados. Por exemplo, Pseudomonas spp. foi suscetível a diversos antibióticos, e a zona de inibição variou de 10 mm (polimixina B) a 34 mm (ácido nalidíxico). O isolado PS2 mostrou resistência a eritromicina, ciprofloxacino, meticilina, novobiocina e penicilina. A porcentagem de resistência a múltiplos antibióticos entre os isolados de Azotobacter variou de 7 a 33%. Entre os isolados de BSF, a zona de inibição variou de 10 a 40 mm, e as porcentagens máxima e mínima de resistência a múltiplos antibióticos foram de 47% e 20%, respectivamente. A persistência de pesticidas no solo agrícola pode contribuir para o aumento da resistência a múltiplas drogas entre os microrganismos do solo. Em conclusão, microrganismos do solo que liberam substâncias promotoras de crescimento vegetal (PCV) e possuem propriedades inerentes de tolerância a pesticidas e resistência a antibióticos podem oferecer uma alternativa atraente, agronomicamente viável e de longo prazo para o incremento de culturas alimentares. Entretanto, são necessárias mais pesquisas para elucidar os processos moleculares envolvidos no desenvolvimento da tolerância a pesticidas e da resistência a antibióticos entre os microrganismos do solo.

Abstract

A total of 45 beneficial soil bacterial isolates (15 each of Pseudomonas, Azotobacter and phosphate solubilizing bacteria: PSB) recovered from polluted rhizosphere soils were morphologically and biochemically characterized. Bacterial isolates produced indole-3-acetic acid (IAA), phenolate siderophores; SA (salicylic acid) and 2, 3-dihydroxy benzoic acid (2, 3-DHBA), 1-amino cyclopropane 1-carboxylate (ACC) deaminase, solubilised insoluble phosphate (Pi), secreted exopolysaccharides (EPS) and produced ammonia and cyanogenic compound (HCN). Isolates were tested for their tolerance ability against 12 different agrochemicals (chemical pesticides) and 14 antibiotics. Among Pseudomonas, isolate PS1 showed maximum (2183 µg/mL) tolerance to all tested agrochemicals. Likewise, among all Azotobacter isolates (n = 15), AZ12 showed maximum (1766 µg/mL) while AZ7 had lowest (950 µg/mL) tolerance ability to all tested agrochemicals. Moreover, among phosphate solubilizing bacterial isolates, maximum (1970 µg/mL) and minimum (1308 µg/mL) tolerance to agrochemicals was represented by PSB8 and PSB13 isolates, respectively. The antibiotic sensitivity/resistance among isolates varied considerably. As an example, Pseudomonas spp. was susceptible to several antibiotics, and inhibition zone differed between 10 mm (polymyxin B) to 34 mm (nalidixic acid). Also, isolate PS2 showed resistance to erythromycin, ciprofloxacin, methicillin, novobiocin and penicillin. The resistance percentage to multiple antibiotics among Azotobacter isolates varied between 7 and 33%. Among PSB isolates, inhibition zone differed between 10 and 40 mm and maximum and minimum resistance percentage to multiple antibiotics was recorded as 47% and 20%, respectively. The persistence of pesticides in agricultural soil may contribute to an increase in multidrug resistance among soil microorganisms. In conclusion, plant growth promoting (PGP) substances releasing soil microorganisms comprising of inherent/intrinsic properties of pesticides tolerance and antibiotics resistance may provide an attractive, agronomically feasible, and long-term prospective alternative for the augmentation of edible crops. However, in future, more research is needed to uncover the molecular processes behind the development of pesticide tolerance and antibiotic resistance among soil microorganisms.