Tesis

Molecular Characterization of Staphylococcus aureus isolates from Patients and Wastewater Treatment Plants of a Referral Hospital and Ciliwung River = Karakterisasi Molekuler Isolat Staphylococcus aureus dari Pasien dan Instalasi Pengolahan Air Limbah Rumah Sakit Rujukan dan Sungai Ciliwung.

Background: Antimicrobial resistance in Staphylococcus aureus poses a major global health challenge, particularly in densely populated urban areas where hospital wastewater and rivers act as reservoirs for resistant strains. While S. aureus genomics is well-studied in high-income countries, data from Southeast Asia remain scarce. This study explores the phenotypic and genotypic profiles of S. aureus isolates from hospital patients, wastewater treatment plants (WWTPs), and the Ciliwung River in Jakarta, Indonesia. Methods: A total of 40 S. aureus clinical isolates, archived (2017 and 2022) and current (2024), were obtained from the LMK-FKUI laboratory. Sixteen isolates were obtained from WWTPs of RSCM, and two isolates from the Ciliwung River. S. aureus was confirmed using MALDITOF MS. Phenotypic antimicrobial susceptibility profiles were determined by Kirby bar disc diffusion test and the BD Phoenix automated system, followed by genomic characterization through whole genome sequencing (WGS) using Oxford Nanopore technology on a subset of clinical and environmental isolates. Results: Among nine clinical isolates (2022–2024) and one WWTP isolate, Strain type 672 was dominant. ST672 and ST88 were Methicillin Susceptible S. aureus (MSSA) with lesser resistance genes in 2022 but appeared as Methicillin Resistant S. aureus (MRSA) in 2024, carrying mecA, SCCmec type V (ST672), and an untypeable SCCmec (ST88), along with broader resistance, virulence, and distinct spa types. All 2022 isolates lacked mecA yet showed cefoxitin resistance by disc diffusion but susceptibility via BD Phoenix. ST188 and rare ST2990 MSSA were also detected in 2022. Sixteen S. aureus isolates were obtained from water samples, with one WWTP strain showing MDR, including vancomycin and methicillin resistance. PVL was found only in MRSA ST88, while the WWTP strain lacked icaR, suggesting enhanced aquatic biofilm survival. Phylogenetically, all ST672 strains clustered, with the WWTP strain closely related to 2022 clinical isolates. Globally, 2024 MRSA grouped with ST672 from the UK, India, and Australia, indicating international lineage convergence. Conclusion: This study highlights the presence of both MSSA and MRSA variants within the same strain types over time, suggesting local evolutionary adaptations influencing AMR patterns in clinical and environmental contexts.
Key words: Methicillin Resistance Staphylococcus aureus, Whole Genome Sequencing, Antibiotic resistance genes, Virulence Genes, MRSA in wastewater.


Latar Belakang: Resistensi antimikroba pada Staphylococcus aureus merupakan tantangan besar bagi kesehatan global, terutama di wilayah perkotaan padat penduduk, di mana limbah rumah sakit dan sungai menjadi reservoir bagi strain resisten. Meskipun genomik S. aureus telah banyak diteliti di negara berpenghasilan tinggi, data dari Asia Tenggara masih terbatas. Studi ini mengeksplorasi profil fenotipik dan genotipik isolat S. aureus dari pasien rumah sakit, instalasi pengolahan air limbah (IPAL), dan Sungai Ciliwung di Jakarta, Indonesia. Metode: Sebanyak 40 isolat klinis S. aureus, baik arsip (2017 dan 2022) maupun terbaru (2024), diperoleh dari laboratorium LMK-FKUI. Enam belas isolat diperoleh dari IPAL Rumah Sakit Cipto Mangunkusumo (RSCM), dan dua isolat dari Sungai Ciliwung. Identifikasi S. aureus dikonfirmasi menggunakan MALDI-TOF MS. Profil resistensi antimikroba fenotipik ditentukan dengan metode Kirby-Bauer (disc diffusion) dan sistem otomatis BD Phoenix. Karakterisasi genotipik dilakukan melalui whole genome sequencing (WGS) menggunakan teknologi Oxford Nanopore pada sebagian isolat klinis dan lingkungan. Hasil: Di antara sembilan isolat klinis (2022–2024) dan satu isolat IPAL, strain tipe ST672 mendominasi. ST672 dan ST88 merupakan Staphylococcus aureus sensitif metisilin (MSSA) dengan gen resistensi lebih sedikit pada 2022, namun muncul sebagai Staphylococcus aureus resisten metisilin (MRSA) pada 2024, membawa mecA, SCCmec tipe V (ST672), dan SCCmec tidak terklasifikasi (ST88), serta memiliki resistensi, virulensi, dan tipe spa yang lebih beragam. Semua isolat 2022 tidak membawa mecA, namun resisten cefoxitin melalui disc diffusion dan sensitif berdasarkan BD Phoenix. ST188 dan MSSA langka ST2990 juga ditemukan pada isolat 2022. Sebanyak enam belas isolat S. aureus diperoleh dari sampel air, dengan satu isolat IPAL menunjukkan resistensi jamak, termasuk terhadap vancomycin dan metisilin. PVL hanya ditemukan pada MRSA ST88, sementara isolat IPAL tidak memiliki icaR, menunjukkan potensi biofilm yang tinggi untuk bertahan di air. Filogenetik menunjukkan semua ST672 membentuk satu klaster, dengan isolat IPAL berkerabat dekat dengan isolat klinis 2022. Secara global, MRSA 2024 mengelompok dengan ST672 dari Inggris, India, dan Australia, menunjukkan adanya konvergensi garis keturunan secara internasional. Kesimpulan: Studi ini menunjukkan keberadaan varian MSSA dan MRSA dalam tipe strain yang sama dari waktu ke waktu, yang mengindikasikan adanya adaptasi evolusioner lokal yang memengaruhi pola resistensi antimikroba di lingkungan klinis dan lingkungan alam.
Kata kunci: Methicillin Resistance Staphylococcus aureus, MRSA, Whole Genome Sequencing, Antibiotic resistance genes, Virulence Genes, MRSA in wastewater.