Популяционная геномика подтверждает приобретение человеком лекарственно-резистентной инфекции Aspergillus fumigatus из окружающей среды (аннотация)Популяционная геномика подтверждает приобретение человеком лекарственно-резистентной инфекции Aspergillus fumigatus из окружающей среды
Грибковые инфекции поражают более миллиарда человек во всем мире, а уровень летальности от них сравним с малярией и туберкулезом.
Все большую озабоченность вызывает Aspergillus fumigatus, глобально распространенная грибковая инфекция, которая может вызывать множество клинических проявлений. Среди них инвазивный аспергиллез (ИА) может возникать в группах риска, таких как пациенты с тяжелой нейтропенией, трансплантацией гемопоэтических стволовых клеток или солидных органов, пациенты, получающие иммуносупрессивные препараты, и, все чаще, пациенты с гриппом и коронавирусной болезнью 2019 (COVID-19) в качестве сопутствующей инфекции).
Пациенты с муковисцидозом (МВ) также подвержены риску хронических инфекций: у 30% из них развивается бронхит, вызванный Aspergillus, а у 19% - аллергический бронхолегочный аспергиллез. Поскольку только в Европейском Союзе более 2,25 миллионов человек страдают от инфекций, вызванных A. fumigatus , это является глобальной проблемой. К сожалению, последние исследования также сообщили о появлении во всем мире резистентности к азольным противогрибковым препаратам как в клинических, так и в экологических изолятах A. fumigatus.
Резистентность к азольным препаратам имеет серьезные клинические последствия: ретроспективные исследования пациентов с резистентным к препаратам ИА показали 25% увеличение летальности на 90-й день по сравнению с пациентами с инфекциями дикого типа. Хотя возникновение резистентности in vivo при длительной терапии азолами хорошо документировано, более поздние исследования постулируют эволюцию резистентности ex vivo в окружающей среде в результате воздействия сельскохозяйственных химикатов, в частности, фунгицидов с ингибитором 14α-деметилирования стеролов, разработанных в 1970-х годах.
В целом, резистентность к азолам у A. fumigatus, возникающая в окружающей среде, характеризуется характерными механизмами, включающими экспрессивно-регулирующие тандемные повторы (TRs) в промоторной области гена cyp51A и точечные мутации в этом гене, которые снижают сродство азолов к целевому белку; наиболее часто встречающиеся аллели известны как TR34/L98H и TR46/Y121F/T289A и связаны с высоким уровнем резистентности к итраконазолу и вориконазолу, соответственно, в клинике и за ее пределами. Пространственно широкое распространение этих аллелей наряду с растущим числом сообщений о более сложных полиморфизмах, связанных с резистентностью к cyp51A18,19,20, подтверждает гипотезу о том, что широкое применение азоловых фунгицидов в сельском хозяйстве способствует естественному отбору, усилению и, в конечном итоге, приобретению восприимчивыми пациентами конидий (кони́дии (от др.-греч. κονία — пыль и εἶδος — вид, образ), или конидиоспо́ры, — неподвижные споры бесполого размножения у грибов - прим.пер) A. fumigatus, резистентных к азолам. Более того, была продемонстрирована возможность глобального распространения этих механизмов резистентности через продукты цветоводства, особенно луковицы растений, а глобальное распространение конидий воздушными потоками невозможно сдержать.
Современные геномные эпидемиологические методы также указывают на потенциальную связь между растущей клинической заболеваемостью азолорезистентным ИА и все более широким спектром генотипов азолорезистентности, которые регистрируются в окружающей среде. Скорость развития резистентности в окружающей среде будет определяться естественным отбором на полезные мутации. На это, в свою очередь, влияют рекомбинация, поток генов и рассеивание, которые оставляют свои характерные признаки в геноме. Подтверждением этих ожиданий служит недавнее глобальное исследование нашей лаборатории, продемонстрировавшее неслучайное распределение резистентности к азолам в мультилокусных микросателлитных генотипах.
В данном исследовании мы использовали секвенирование всего генома (WGS) 218 изолятов A. fumigatus (n = 65 экологических изолятов и n = 153 клинических изолятов), чтобы изучить молекулярную эпидемиологию этого грибка и определить, происходит ли приобретение резистентных к лекарствам изолятов среди пациентов, входящих в группу риска. Мы также использовали возможности этих данных для проведения исследований геномных ассоциаций (GWAS) и пан-геномного анализа для выявления вариаций, связанных с лекарственной резистентностью к итраконазолу, выявляя потенциально новые механизмы резистентности. В данной работе мы представляем популяционный геномный анализ 218 изолятов A. fumigatus из Великобритании и Ирландии (включая 153 клинических изолята от 143 пациентов и 65 изолятов из окружающей среды).
Во-первых, филогеномный анализ показал сильную генетическую структуризацию на две клады (A и B) с незначительной межкладовой рекомбинацией, а большинство резистентных к азолу изолятов из окружающей среды обнаружено в кладе A.
Во-вторых, мы показали случаи, когда резистентные к азолу изоляты с почти идентичными генотипами были получены как из окружающей среды, так и из клинических источников, что с высокой степенью достоверности указывает на заражение пациентов резистентными изолятами, переданными из окружающей среды.
В-третьих, сканирование всего генома выявило селективный отбор в нескольких регионах, что указывает на полигенную основу признака в некоторых генетических группах. Эти признаки положительного отбора наблюдаются для локусов, содержащих канонические гены, кодирующие резистентность к фунгицидам в пути биосинтеза эргостерола, в то время как другие регионы, подвергающиеся отбору, не имеют определенной функции.
Наконец, пангеномный анализ выявил гены, связанные с резистентностью к азолам, и ранее неизвестные механизмы резистентности. Понимание экологических факторов и генетической основы развивающейся резистентности грибков к лекарственным препаратам требует неотложного внимания, особенно в свете увеличения числа пациентов с тяжелыми вирусными инфекциями дыхательных путей, которые подвержены оппортунистическим грибковым суперинфекциям.
Таким образом, данное исследование подтверждает гипотезу о том, что широкое использование азольных фунгицидов в сельском хозяйстве связано с повсеместным выделением резистентных к азолам A. fumigatus из источников окружающей среды. Эти изоляты, в свою очередь, имеют характерные мультилокусные генотипы, которые неотличимы от генотипов, полученных от пациентов, что подтверждает наш вывод о том, что адаптация к фунгицидам в окружающей среде приводит к передаче генотипов резистентности A. fumigatus к азолам без очевидного ущерба для их клинической пригодности.
Выявление пространственно распространенных клонов A. fumigatus, которые не только резистентны к азолам, но и широко представлены как в окружающей среде, так и в клинике, позволяет предположить, что с этим фенотипом связаны незначительные издержки. Известно, что респираторные вирусы, такие как грипп H1N1, предрасполагают тяжелобольных пациентов к вторичным грибковым инфекциям , а исследования случаев все чаще показывают, что подобные инфекции возникают у пациентов с COVID-19.
Таким образом, растущее число восприимчивых людей подчеркивает необходимость более полного понимания риска, связанного с экологическими резервуарами патогенных грибов, которые, в основном благодаря использованию сельскохозяйственных противогрибковых препаратов, приобрели резистентность к клиническим азолам первого ряда.
