Секреты больничных подвалов: характер изобилия генов резистентности к противомикробным препаратам в больничных сточных водах зависит от конкретного противомикробного препарата и семейства бактерий (аннотация)
#сточные воды #метагеномный анализ #гены резистентности #антибиотикорезистентность
В ответ на кризис резистентности к противомикробным препаратам (AMR) перед научным и медицинским сообществами стоит задача понять перемещение AMR между различными экологическими нишами и решить, где сосредоточить наблюдение и вмешательство, чтобы обеспечить эффективную политику и мероприятия. Растет интерес к вкладу больничных сточных вод в развитие AMR в окружающей среде. Очистка сточных вод не позволяет полностью уничтожить гены устойчивости к противомикробным препаратам (ARGs), поэтому ARGs могут попасть в пищевую цепь через воду и использование канализационных осадков в сельском хозяйстве. Потенциал коммунальных стоков как сложной матрицы, представляющей собой отходы жизнедеятельности человека, в качестве инструмента наблюдения для мониторинга глобальной эпидемиологии AMR был недавно изучен (Hendriksen и др., 2019; Aarestrup и Woolhouse, 2020).
Больницы являются эпидемиологически важными узловыми точками концентрированного потребления противомикробных препаратов и источниками резистентных патогенов. Надзор за вторичной медицинской помощью, осуществляемый в соответствии с национальной и международной политикой, основан на пассивном информировании о результатах фенотипических и молекулярных лабораторных исследований конкретных патогенов или на скрининговых пробах конкретных пациентов высокого риска. Эти методы не отражают полного влияния применения антимикробных препаратов и активности пациентов в стационаре на носительство AMR в больнице и, следовательно, риск передачи. Они также не охватывают все соответствующие ARGs. Поскольку больничные сточные воды содержат отходы пациентов, мы предположили, что они могут быть использованы в качестве репрезентации внутрибольничного носительства AMR и как таковые могут быть полезным инструментом наблюдения.
Во многих предыдущих исследованиях были выявлены ключевые патогены и гены устойчивости в больничных сточных водах, и были предприняты попытки соотнести резистентность конкретных организмов из клинических изолятов больниц с изолятами больничных сточных вод с противоречивыми результатами. В данном исследовании мы применили метод метагеномики к сточным водам больниц, взяв перекрестные пробы сточных вод из разных отделений больницы. Использование метагеномики в больничных сточных водах все чаще применяется для понимания профиля резистентности в больницах.
Сочетание метагеномики и нескольких мест отбора проб позволило нам проверить гипотезы о том, какие факторы могут определять характер распространения резистентности в сточных водах больниц. Мы исследовали, влияет ли клиническая активность, такая как использование противомикробных препаратов и продолжительность пребывания пациента в больнице, на количество резистентности в больничных сточных водах. Мы также проверили нашу гипотезу о том, что резистентность у пациентов больницы коррелирует с обилием генов резистентности в сточных водах этого отделения.
Методы:
Сбор сточных вод осуществлялся в течение 24 часов из нескольких точек сбора сточных вод (ТС) и одновременно из общественных канализационных сооружений. Высокопроизводительное дробное секвенирование проводилось с использованием Illumina HiSeq4000. Количество ARG было соотнесено с использованием антимикробных препаратов в больнице (AMU), данными о клинической активности и распространенности резистентности у клинических изолятов.
Результаты:
Состав микробиоты и ARG варьировал между ТС, а общее количество ARG было выше в сточных водах больниц, чем в сточных водах населенных пунктов. Состав ARG и микробиоты коррелировали (анализ Прокруста, p=0,014). Общее использование антимикробных препаратов не было связано с более высокой численностью ARG в сточных водах. Однако существовала небольшая положительная ассоциация между генами резистентности и использованием противомикробных препаратов в соответствии с фенотипом ARG (IRR 1,11, CI 1,06-1,16, p<0,001). Более того, анализ устойчивости к карбапенемам и ванкомицину по отдельности показал, что количество ARG к этим антимикробным препаратам положительно ассоциировалось с увеличением их использования [отношение частоты встречаемости карбапенемов (ОР) 1,91, 95% ДИ 1,01-3,72, p=0,07, и ванкомицина ОР 10,25, ДИ 2,32-49,10, p<0,01]. В целом, обилие ARG в сточных водах больницы не отражало структуру резистентности в клинических изолятах от стационарных пациентов. Однако для клинических изолятов семейств Enterococcaceae и Staphylococcaceae наблюдалась положительная связь с количеством ARG в сточных водах [отношение шансов (OR) 1,62, ДИ 1,33-2,00, p<0,001, и OR 1,65, ДИ 1,21-2,30, p=0,006 соответственно].
Выводы:
Мы обнаружили, что связь между ARGs из больничных сточных вод и использованием антимикробных препаратов или резистентностью клинических изолятов варьирует в зависимости от конкретного изучаемого антимикробного препарата и семейства бактерий. Одно из объяснений, которое мы рассматриваем, заключается в том, что взаимосвязи, наблюдаемые в нескольких отделениях в пределах одного больничного участка, будут обнаруживаться только для ARGs против парентеральных антимикробных препаратов, уникально используемых в больничных условиях. Наша работа подчеркивает, что использование метагеномики для выявления всего спектра ARGs в больничных сточных водах является полезным инструментом наблюдения для мониторинга носительства и оттока ARGs из больниц и определения экологической политики в отношении AMR.
В качестве инструмента наблюдения этот новый метод может отражать бремя носительства AMR в стационарах и больничной канализации для специфических генов резистентности, относящихся к важным парентеральным антимикробным препаратам, таким как карбапенемы и ванкомицин. Это также может помочь в выявлении новых моделей распространенности ARG и новых ARG, и как они могут быть связаны с изменяющимися моделями передачи инфекции, политикой инфекционного контроля и использованием противомикробных препаратов. Дальнейшая длительная работа по оценке сточных вод из нескольких больниц необходима для установления взаимосвязи между AMU и ARG, оптимальных точек сбора и методов отбора проб, чтобы иметь возможность развивать этот метод в качестве метода эпиднадзора.
Наше исследование по-новому обозначает значение бремени ARG в условиях высокого потребления антимикробных препаратов и высокого уровня резистентности в больнице.
