Респираторные инфекции, резистентные к противомикробным препаратам, являются причиной более 1,5 миллиона смертей в год, что превышает число смертей, вызванных резистентными инфекциями в любой другой части человеческого тела.
Основные патогены включают Streptococcus pneumoniae, Staphylococcus aureus, Klebsiella pneumoniae и Haemophilus influenzae, которые обычно присутствуют в носоглотке здоровых людей. Эти патогены имеют общие ниши с комменсалами, которые, в свою очередь, обеспечивают колонизационную резистентность к патогенам. Однако комменсалы также могут служить резервуаром генов резистентности к антибиотикам (ARG), которые могут легко передаваться патогенам.
Недавние исследования показали потенциальное негативное влияние лечения антибиотиками на микробиом носоглотки и его связь с повышенным риском развития астмы и респираторных инфекций у младенцев. Эти исследования значительно расширили наше понимание экологического влияния антибиотиков на здоровье и заболевания дыхательных путей. Однако, поскольку эти исследования основывались на технологиях секвенирования 16S рРНК, они не обеспечивали высокого уровня таксономического разрешения микроорганизмов и не давали информации об общем генном составе, включая наличие ARGs в микробных сообществах, что обозначается термином резистом.
В нашем предыдущем исследовании мы разработали стратегию оптимизации выделения ДНК и подготовки библиотек, которая помогла преодолеть трудности, связанные с низкой биомассой бактерий и высоким содержанием ДНК хозяина в образцах носоглотки недоношенных младенцев. В настоящем исследовании мы применили этот оптимизированный протокол к образцам аспиратов носоглотки, чтобы охарактеризовать развитие резистома у 36 недоношенных новорожденных от рождения до 6 месяцев с поправкой на возраст (8-10 месяцев хронологического возраста).
Проанализировав ~1,85 терабайта (Тб) данных метагеномной ДНК, полученных в результате глубокого дробного метагеномного секвенирования, мы получили наиболее полное на сегодняшний день представление о характеристиках и динамике развития резистома в дыхательных путях недоношенных младенцев. Наша гипотеза заключалась в том, что раннее воздействие антибиотиков широкого спектра действия для лечения сепсиса с подозрением на раннее начало заболевания у недоношенных детей может привести к длительным композиционным изменениям в резистоме дыхательных путей. Мы также изучили собранные обширные метаданные, чтобы получить представление о дополнительных клинических ковариатах, которые могут влиять на развитие резистома.
Наши результаты показали значительное влияние раннего приема антибиотиков широкого спектра действия (ампициллин + гентамицин) на общее количество, разнообразие и состав ARGs в носоглотке недоношенных младенцев. Эти эффекты влияния на резистом были кратковременными и наблюдались только непосредственно после прекращения антибиотикотерапии. В недавнем исследовании, посвященном изучению влияния антибиотиков, применяемых в первую неделю жизни, на резистом кишечника, Reyman et al. сообщили, что три другие комбинации антибиотиков (пенициллин + гентамицин, коамоксиклав + гентамицин и амоксициллин + цефотаксим) также оказывали преходящее влияние на резистом новорожденных.
Поскольку влияние антибиотиков на микробиом и состав резистома уникально для каждого человека и зависит от используемых антибиотиков и места локализации, следует с осторожностью подходить к интерпретации таких общих выводов. Интересно, что преходящее влияние ампициллина + гентамицина на резистом носоглотки было более заметным у недоношенных детей, матери которых получали антибиотики во время беременности до родов (пренатальные антибиотики). Более того, мы также наблюдали более выраженный эффект пренатального воздействия антибиотиков на резистом носоглотки недоношенных детей после прекращения раннего приема антибиотиков, который сохранялся до последней временной точки отбора проб перед выпиской из отделения интенсивной терапии, но не в возрасте 6 месяцев с поправкой на возраст.
Хотя очень немногие исследования были посвящены изучению связи между пренатальным воздействием антибиотиков и резистомом, недавнее исследование, проведенное на примере кишечника, указывает на возможную корреляцию пренатальных антибиотиков с увеличением количества ARGs, по крайней мере, при их применении за 5-6 недель до рождения. Кроме того, в соответствии с другими исследованиями кишечника младенцев, наши данные не выявили значительного влияния внутриутробной антибиотикотерапии на общий состав резистома носоглотки.
Одним из достоинств нашего исследования является то, что в нем представлена наиболее полная на сегодняшний день информация о характеристиках и динамике развития резистома в носоглотке, включая результаты за первые 8-10 месяцев жизни (с поправкой на возраст 6 месяцев) - критический период развития дыхательных путей у младенцев. Начало антибиотикотерапии при раннем начале заболевания и клиническая стабилизация состояния недоношенных детей были приоритетными задачами, которые должны были предшествовать сбору образцов из носоглотки. Чтобы частично решить эту проблему, мы включили в исследование только недоношенных младенцев, у которых образцы были взяты не позднее чем через 24 ч после начала антибиотикотерапии. Тем не менее, этот выбор мог привести к отбору более клинически стабильных младенцев, что потенциально может ограничить обобщаемость наших результатов.
Несмотря на такой подход, различия в изменениях резистома между исходным уровнем и после лечения, обнаруженные в нашем исследовании, могут недооценивать истинное влияние антибиотиков на резистом. Мы тщательно скорректировали такие препятствующие факторы и межиндивидуальные различия с помощью многовариантных методов или сопоставимого анализа, чтобы обеспечить достоверность наших наблюдений как следствия раннего приема антибиотиков. Тем не менее, мы не можем изолировать ранний эффект антибиотиков от других неблагоприятных событий, предшествующих жизни, которые совпадают с преждевременными родами, таких как пренатальное и предродовое введение антибиотиков матери.
Кроме того, для образцов с низкой биомассой, таких как использованные в нашем исследовании, для получения значимой информации о микробиоме необходимы такие чувствительные методы, как глубинное секвенирование. Это повышает риск обнаружения потенциальных контаминантов ДНК. Мы решили эти проблемы, приняв строгие меры на всех этапах - от сбора образцов до анализа данных. Это включало в себя одновременный сбор образцов из леченных и наивных групп, строгие меры защиты во время сбора образцов, включение отрицательных и положительных контролей, а также тщательную идентификацию и удаление возможных контаминантов in silico с использованием данных секвенирования ДНК.
В заключение следует отметить, что лечение антибиотиками широкого спектра действия в раннем возрасте может вызвать нарушения в резистоме носоглотки недоношенных детей. Однако в целом эти нарушения были преходящими, поскольку мы не наблюдали значительного изменения разнообразия, численности, состава или устойчивости носительства потенциально опасных ARG у недоношенных детей, получавших лечение, по сравнению с контрольной группой в возрасте 6 месяцев с поправкой на возраст.
Несмотря на это, такие результаты имеют большое значение, учитывая уязвимость недоношенных детей в первые дни жизни. Индивидуальная вариабельность в распределении ARG высокого риска и изменения в резистоме после лечения антибиотиками подчеркивают потенциальные преимущества разработки методов профилирования резистома для использования в медицинских учреждениях, что может помочь в обосновании и адаптации решений о лечении антибиотиками. Кроме того, было отмечено длительное носительство ARGs, ассоциированных с нозокомиальным S. marcescens.
Необходимы будущие многоцентровые исследования с длительным наблюдением для оценки экологических побочных эффектов госпитализации и различных схем антибиотикотерапии, включая альтернативы антимикробной терапии широкого спектра действия, на развитие респираторного резистома младенцев. Понимание развития респираторного резистома и влияния антибиотикотерапии важно для достижения баланса между противоречивыми целями минимизации риска серьезных инфекционных осложнений при преждевременных родах, с одной стороны, и минимизации селекции организмов с ARGs, с другой.
В целом непропорционально большой вклад респираторных патогенов в смертность от лекарственной резистентности во всех возрастных группах подчеркивает важность будущих исследований, посвященных этому пока еще относительно малоизученному резервуару патогенов и ARGs.
