Исследование, проведенное группой специалистов Медицинской школы Вашингтонского университета в Сент-Луисе, опубликовано 12 мая в журнале Nature.Ученые исследовали бактерии и их способность противостоять антибиотикам в сельской деревне в Сальвадоре и густонаселенных трущобах на окраине Лимы, Перу. В обоих сообществах исследователи определили области, в которых бактерии могут перемещаться и делиться своими генами устойчивости. Эти горячие точки потенциальной передачи резистентности включали курятники в сельской деревне и современные очистные сооружения за пределами Лимы.
«Бактерии могут делать то странное, что мы не можем — обмениваться ДНК напрямую между неродственными организмами», — сказал старший автор исследования Гаутам Дантас, доктор философии, доцент кафедры патологии и иммунологии. «Это означает, что болезнетворные бактерии, которые поддаются лечению антибиотиками, относительно легко быстро становятся устойчивыми к этим антибиотикам. Если эти бактерии вступят в контакт с другими микробами, несущими гены устойчивости, эти гены могут появиться за один шаг.
Мы подсчитали, что такие события передачи генов, как правило, редки, но они более вероятны в этих горячих точках, которые мы определили ».Хотя исследование проводилось в развивающихся частях мира, Дантас предположил, что данные могут быть актуальны для США и других промышленно развитых стран. Он предположил, что если курятники фермеров, занимающихся натуральным хозяйством, являются горячими точками передачи генов устойчивости, бактерии, присутствующие в промышленных фермерских хозяйствах, где цыплята регулярно получают антибиотики, столкнутся с еще большим давлением в отношении обмена генами устойчивости.
Дантас выразил обеспокоенность по поводу попадания таких бактерий в пищевую систему. Кроме того, предприятие по очистке сточных вод, которое исследователи изучали в Лиме, представляет собой современную конструкцию, в которой используются технологии, типичные для таких предприятий по всему миру, в том числе в США, что позволяет предположить, что эти предприятия могут быть горячими точками передачи устойчивости к антибиотикам независимо от их местоположения.
Это первое исследование, посвященное изучению ландшафта бактерий и генетики их устойчивости во многих аспектах окружающей среды, включая людей, их животных, водоснабжение, окружающую почву и образцы из санитарных сооружений. В то время как в густонаселенных трущобах, окружающих Лиму, есть система канализации и современные очистные сооружения, в деревне в Сальвадоре есть туалеты для компостирования.
Сельские жители, которые полагаются на натуральное хозяйство, и жители густонаселенных общин с низким доходом, окружающих города, составляют большинство населения мира; однако их микробиомы в значительной степени не изучены. Большинство подобных исследований на сегодняшний день сосредоточено на сильно индустриализированных популяциях в Соединенных Штатах и Европе, а также на редких и так называемых нетронутых сообществах людей, ведущих традиционный образ жизни охотников-собирателей.«Сообщества, включенные в наше исследование, служат не только моделями жизни большинства людей, они также представляют области, в которых наиболее часто используются антибиотики», — сказал Дантас. «Доступ к этим лекарствам без рецепта во многих странах с низким уровнем дохода.
Поскольку рецепт не требуется, мы ожидаем, что использование антибиотиков в этих регионах будет высоким, что оказывает такое же большое давление на бактерии, чтобы они развивали устойчивость к этим лекарствам».В целом, Дантас и его коллеги обнаружили, что гены устойчивости у бактерий, живущих в одинаковых средах, схожи, при этом, например, между бактериями в кишечнике человека и животных наблюдается большее генетическое сходство, чем между кишечником человека и почвой.
Кроме того, исследователи также обнаружили, что бактерии, которые тесно связаны друг с другом, имеют похожие гены устойчивости, чего можно ожидать, поскольку бактерии передают свои гены от одного поколения к другому.«Общие тенденции, которые мы обнаружили, соответствуют нашей предыдущей работе», — сказал Дантас. «Мы не были сильно удивлены генами устойчивости, которые прослеживаются в генеалогических деревьях бактерий. С другой стороны, обнаруженные нами гены, нарушающие наследственную тенденцию, вызывают серьезное беспокойство. Гены, которые являются исключением из правила, не похожи на окружающая ДНК — это те, которые, скорее всего, подверглись событию переноса генов.
И они являются генами устойчивости с самым высоким риском передачи в будущем неродственным бактериям ».Из мест, отобранных в исследовании, гены устойчивости, которые с наибольшей вероятностью могут быть мобильными и способны переходить от одного бактериального штамма к другому, были обнаружены в наибольшем количестве в курятниках сельских жителей Сальвадора и в уходящей «серой» воде. от очистных сооружений за пределами Лимы. По словам исследователей, вода не пригодна для питья, большая часть этой воды сбрасывается в Тихий океан, а часть используется для орошения городских парков.«Почвы в курятниках, которые мы изучали, оказались горячими точками для обмена генами устойчивости», — сказал Дантас. «Это означает, что болезнетворные бактерии у кур подвергаются риску заболеть людьми и при этом передавать свои гены устойчивости.
Наше исследование демонстрирует важность руководящих принципов общественного здравоохранения, которые рекомендуют не допускать животных в помещения для приготовления пищи».Что касается очистных сооружений, Дантас назвал их идеальным штормом для передачи генов устойчивости к антибиотикам. Такие средства отлично подходят для удаления бактерий, которые, как известно, вызывают заболевания и могут быть выращены в чашке Петри, например, E. coli. Но это оставляет место для роста и процветания других видов бактерий.
«Система не предназначена для борьбы с микробами окружающей среды, которые не вызывают болезни у людей», — сказал Дантас. «Но некоторые из этих бактерий несут гены устойчивости, которые, как известно, вызывают проблемы в клинике. Мы непреднамеренно обогащаем эту воду бактериями, несущими гены устойчивости, а затем подвергаем людей воздействию этих бактерий, потому что вода используется для орошения городских парков».Дантас и его коллеги подозревают, что резистентность к антибиотикам, которую они измерили у микробов, которые выживают в процессе обработки растений, обусловлена наличием антибиотиков, отпускаемых без рецепта, в обрабатываемых сточных водах.
Исследователи измерили уровни антибиотиков до и после лечения, и, хотя большая часть этих остатков лекарств удаляется во время процесса, тот факт, что они присутствуют вначале, способствует выживанию устойчивых к ним бактерий.«Все антибиотики, которые мы обнаружили в предварительно очищенной воде, входили в двадцатку самых продаваемых в Перу антибиотиков», — сказал Дантас. «Эти результаты имеют значение для общественного здравоохранения, возможно, при проектировании будущих очистных сооружений и при принятии политических решений о том, должны ли антибиотики отпускаться без рецепта».