Дорожная карта резистома: от человеческого тела до окружающей среды (аннотация)Дорожная карта резистома: от человеческого тела до окружающей среды
Резистентность к антибиотикам - это естественный процесс, в ходе которого бактерии становятся резистентными, используя различные механизмы, которые классифицируются как фенотипическая резистентность (вследствие физиологических изменений и ненаследственная) или приобретенная (когда резистентность к антибиотикам приобретается генетически).
Различные гены резистентности к антибиотикам (ARG), которые придают им резистентность, могут быть приобретены в результате мутаций в бактериальном геноме или путем горизонтального переноса генов. Перенос ARGs может быть опосредован бактериями, вирусами, плазмидами или даже везикулами. Возникновение резистентности к антибиотикам увеличилось и ускорилось, поскольку антибиотики постоянно присутствуют в окружающей среде, поступая из антропогенных источников, таких как очистные сооружения, больницы или бытовое использование. Другой причиной такого роста является распространение резистентных бактерий из станций очистки сточных вод (из нашего собственного микробиома человека) и искусственных сред (т.е. микроорганизмов, обнаруженных в созданных человеком средах).
Хотя ARG присутствуют во многих средах, не все ARG представляют одинаковый риск для здоровья человека, и поэтому обнаружение этих генов следует интерпретировать с осторожностью. Например, эффлюксные насосы широко распространены в бактериях и участвуют во многих различных функциях, таких как клеточный гомеостаз. Кроме того, сообщается, что эффлюксные насосы являются одним из механизмов, ответственных за резистентность к противомикробным препаратам, поэтому их не следует рассматривать как ARG sensu stricto, поскольку их изначальная функция не заключалась в обеспечении резистентности к антибиотикам.
Проект "Микробиом человека" (HMP), представляющий собой междисциплинарное мероприятие, был разработан с целью охарактеризовать микробиом человека. Для этой цели были получены и секвенированы образцы из различных основных частей тела здоровых людей, что позволило создать один из крупнейших ресурсов для изучения микробиома человека. Насколько нам известно, комплексный анализ и перекрестное сравнение резистома человека [набора генов устойчивости к антибиотикам (ARGs)] из всех частей тела, изученных в рамках HMP, не проводились, однако на сегодняшний день были проведены некоторые ценные, но отдельные и не связанные между собой исследования для полости рта и кожи (Carr et al., 2020; Li et al., 2021). Изучение обилия и разнообразия ARG в целом во всех частях тела человека имеет огромный потенциал для расширения наших знаний о распространении ARGs из бактерий человека в различные микробных популяциях в природе.
В контексте проблем здравоохранения, связанных с устойчивостью к антибиотикам, помимо детального анализа ARGs, присутствующих в исследованных HMP участках тела, мы изучили потенциальное распространение ARGs из человеческого тела в различные типы нетронутых сред (полярная, пустынная, пещерная, среда горячих источников и подводных вулканов). Предполагается, что эти среды являются ненарушенными и не подвержены антропогенному воздействию. Хотя многие места, такие как пещеры или полярные среды без явной и видимой деятельности человека, часто воспринимаются как нетронутые среды, деятельность человека, к сожалению, оставляет косвенный постоянно увеличивающийся след.
В данном исследовании мы использовали некоторые из этих нетронутых сред в качестве модели для рассмотрения и оценки потенциальной "мобильности" распространенных ARG, обнаруженных в организме человека, чтобы лучше оценить глобальное воздействие резистентности к антибиотикам в наших экосистемах в соответствии с концепцией One Health (т.е. здоровье человека и здоровье животных взаимозависимы и связаны с экосистемами). Девственные среды обычно используются в качестве "репортерских экосистем" для мониторинга загрязнения и изменения климата, а в нашем случае - конкретно для измерения глубины потенциального воздействия распространения резистентности к антибиотикам.
Всесторонняя характеристика резистома человеческого организма еще не проведена и имеет первостепенное значение для борьбы с угрозой устойчивости микроорганизмов к антибиотикам. В данном исследовании мы изучили резистомы 771 образца из пяти основных частей тела (кожа, нос, влагалище, кишечник и ротовая полость) здоровых людей из проекта HMP и рассмотрели потенциальную дисперсию ARGs в нетронутой среде. В массиве данных протеома HMP было обнаружено 28 714 ARG, относящихся к 235 различным типам ARG (n = 9,1 × 107 проанализированных белков).
Наше исследование показало, что профиль резистома (тип и количество ARG) различается между участками тела и имеет высокую межиндивидуальную изменчивость. Наибольшее количество ARG (≈5,4 генов/геном) было обнаружено в носовой полости, затем в ротовой полости, однако в кишечнике наблюдалось одно из самых высоких богатств ARG (общее с носовой полостью), но наименьшее их количество (≈1,3 генов/геном). Гены резистентности к фторхинолонам были самыми распространенными в организме человека, за ними следовали макролид-линкозамид-стрептограмин или тетрациклин.
Большинство ARG относились к обычным бактериальным комменсалам, а признаки множественной лекарственной резистентности преобладали в носовой полости и влагалище. Многие обнаруженные нами ARG были отнесены к группе низкого риска для здоровья человека, тогда как лишь некоторые из них, такие как BlaZ, dfrA14, dfrA17 или tetM, были классифицированы как ARG высокого риска. Наши данные также дают надежду, поскольку распространение распространенных ARG из человеческого организма в нетронутую среду (n = 271 образец; 77 Гб данных секвенирования и 2,1 × 108 проанализированных белков) пока остается очень маловероятным (только один случай обнаружен в автохтонной бактерии из нетронутой среды).
В целом, наше исследование представляет собой всесторонний анализ резистомов микробиома человека из различных участков тела, что дает ценную биологическую информацию, которая может послужить базой для дальнейших исследований и, таким образом, быть интегрирована в протоколы наблюдения за антимикробной резистентностью для определения разнообразия и численности ARGs в долгосрочной перспективе. Наши данные также показывают, что уровень и влияние распространения ARGs и давления отбора для закрепления этих аллелей в неантропогенных районах незначительны. Однако в наших руках, как общества, контролировать это давление отбора и, если возможно, обратить вспять и смягчить воздействие ARGs в природе.
