Solul joacă un rol mult mai important în răspândirea rezistenţei la antibiotice decât ne-am putea imagina. Cercetătorii de la Virginia Tech au descoperit că solul pe care păşim este un ecosistem complex, care adăposteşte coduri genetice ce ar putea compromite capacitatea umană de a lupta împotriva infecţiilor mortale. Înţelegerea acestor modele îi poate ajuta oamenii de ştiinţă să găsească modalităţi de a controla răspândirea rezistenţei la antibiotice, protejând sănătatea umană şi păstrând eficienţa antibioticelor pentru generaţiile viitoare.
În mod surprinzător, solul este plin de gene de rezistenţă la antibiotice (ARG) - mici coduri care permit bacteriilor să reziste la aceste medicamente. Activităţile umane, precum poluarea şi schimbarea utilizării terenurilor, pot perturba ecosistemele solului şi pot facilita transferul genelor de rezistenţă de la bacteriile din sol la oameni, avertizează experţii.
Imaginaţi-vă solul din grădină ca fiind un rezervor ascuns de potenţiale catastrofe medicale, spune prof. Jingqiu Liao. Descoperirile echipei sale arată că, odată ce bacteriile dobândesc aceste gene rezistente, ele pot fi transmise rapid şi altor specii, ceea ce face ca această ameninţare la adresa sănătăţii publice să fie atât de presantă.
Împreună cu echipa sa de cercetare aceasta a descoperit cum bacteriile din sol pot purta gene de rezistenţă la antibiotice (ARG), instrucţiuni microscopice care permit bacteriilor să supravieţuiască antibioticelor. Aceste gene sunt ca nişte schiţe a unor arme secrete care pot fi partajate rapid între diferite specii de bacterii, creând o reţea de transmitere periculoasă.
Cercetătorii s-au axat pe Listeria monocytogenes, o bacterie care trăieşte în sol şi care poate intra în lanţul alimentar şi provoca o boală potenţial fatală numită listerioză. Pentru persoanele cu un sistem imunitar slăbit, această infecţie poate fi mortală, ratele de mortalitate ajungând la un nivel şocant de 20 până la 30 %.
Echipa s-a concentrat asupra listeriei deoarece aceasta nu este doar o altă bacterie din sol ci un actor-cheie în înţelegerea rezistenţei la antibiotice. Studierea modului în care ARG se răspândesc în bacteriile din sol precum listeria oferă oamenilor de ştiinţă informaţii valoroase despre modul în care rezistenţa se dezvoltă şi se deplasează în ecosisteme.
„Deşi rezistenţa în cazurile clinice de listeria este în prezent scăzută, aceste bacterii rezistă în mod natural la mai multe antibiotice şi prezintă o rezistenţă crescută la altele”, a precizat Liao. „Acest lucru face din listeria un model bun pentru urmărirea dezvoltării ARG înainte ca aceasta să devină o problemă clinică generalizată”, a explicat ea.
Analizând aproape 600 de genomi Listeria din probe de sol din Statele Unite, echipa a descoperit modul în care factorii de mediu influenţează dramatic răspândirea genelor rezistente la antibiotice.
Constatările lor, publicate în revista Nature Communications, au dezvăluit câteva informaţii surprinzătoare:
- Solurile bogate în aluminiu par să încurajeze o mai mare diversitate a genelor de rezistenţă, probabil deoarece metalul stresează bacteriile şi le face mai susceptibile de a păstra mecanismele de supravieţuire.
- În schimb, solurile bogate în magneziu par să reducă diversitatea genelor prin diminuarea concurenţei bacteriene.
- Zonele împădurite tind să aibă mai multe gene de rezistenţă la antibiotice, probabil din cauza animalelor sălbatice care introduc aceste variaţii genetice.
De ce este importantă rezistenţa la antibiotice din sol
„Solul este un rezervor important de bacterii rezistente şi ARG”, explică Liao într-un comunicat al universităţii. „Factorii de mediu pot amplifica astfel de ARG prin crearea unor condiţii care promovează supravieţuirea, răspândirea şi schimbul acestor gene între bacterii”.
Cea mai alarmantă revelaţie a studiului este cât de uşor pot fi transferate aceste gene de rezistenţă. Printr-un proces numit transformare, bacteriile pot prelua bucăţi libere de ADN care conţin gene de rezistenţă din mediul înconjurător şi apoi le pot transmite altor bacterii - chiar între specii diferite.
Pentru gospodării, este important ca oamenii să evite activităţile care pot perturba condiţiile solului, cum ar fi eliminarea necorespunzătoare a deşeurilor care pot cauza contaminarea cu metale.
Pentru oamenii obişnuiţi, implicaţiile sunt grave. Activităţi simple precum grădinăritul ar putea expune persoanele la bacterii purtătoare ale acestor gene de rezistenţă. Cercetătorii de la Virginia Tech recomandă menţinerea unor bune practici de igienizare după contactul cu solul şi luarea în considerare a eliminării deşeurilor pentru a minimiza potenţialele perturbări ale mediului.
Această cercetare este mai mult decât un exerciţiu academic. Este o investigaţie critică asupra unei ameninţări la adresa sănătăţii globale în creştere.
Prin înţelegerea modului în care rezistenţa la antibiotice se dezvoltă în medii aparent inofensive precum solul, oamenii de ştiinţă speră să dezvolte strategii pentru a păstra eficacitatea antibioticelor pentru generaţiile viitoare.
„Stabilirea unor cunoştinţe fundamentale a motoarelor ecologice ale acestor bacterii din sol ne-ar putea ajuta să înţelegem mai bine apariţia, evoluţia şi răspândirea rezistenţei la antibiotice”, subliniază Liao. „Aceasta este o ameninţare urgentă şi globală la adresa sănătăţii publice”.
Studiul a dezvăluit, de asemenea, modul în care aceste ARG se răspândesc între bacterii. Un proces numit transformare permite bacteriilor să preia particule libere de ADN care conţin ARG din mediul înconjurător. Odată ce o bacterie dobândeşte aceste gene, le poate transmite altora - chiar şi altor specii. Acest schimb rapid de gene de rezistenţă este un motiv important pentru care rezistenţa la antibiotice este o problemă atât de dificilă. Jingqiu Liao colectează probe de sol pentru a analiza genomurile listeriei. Fotografie: Jingqiu Liao.
Pe măsură ce antibioticele devin mai puţin eficiente, infecţiile comune ar putea deveni din nou ameninţătoare pentru viaţă. Acest studiu ne reaminteşte că sănătatea mediului înconjurător este strâns legată de sănătatea medicală a oamenilor şi că pământul pe care călcăm zilnici deţine secrete care ne-ar putea determina supravieţuirea.
Rezumatul lucrării
Studiul a examinat 594 de genomi de Listeria care trăieşte în sol, colectaţi din medii naturale din Statele Unite. Cercetătorii au utilizat secvenţierea întregului genom pentru a identifica genele de rezistenţă la antibiotice (ARG) în 19 specii de Listeria. ARG funcţionale au fost definite ca fiind cele cu o acoperire a secvenţei de peste 80% şi fără codoni de oprire prematură.
Pentru a explora relaţia dintre factorii genetici şi cei de mediu, cercetătorii au asociat datele genomului cu informaţiile de mediu, inclusiv proprietăţile solului, utilizarea terenurilor şi geolocalizarea. Tehnici analitice avansate, precum analiza filogenetică şi învăţarea automată, au fost utilizate pentru a investiga rolul transferului orizontal de gene (HGT) - mediat în principal de transformare - şi al selecţiei de mediu în evoluţia ARG.
Principalele rezultate
Studiul a identificat cinci ARG funcţionale: lin, mprF, sul, fosX şi norB, care au fost găsite predominant în specii strâns legate de Listeria monocytogenes. Aceste gene oferă rezistenţă la antibiotice precum lincomicina, defensinele şi fosfomicina. Bogăţia de ARG a fost puternic influenţată de factorii de mediu, inclusiv de proprietăţile solului, cum ar fi nivelurile de aluminiu şi magneziu şi de modelele de utilizare a terenurilor, cum ar fi acoperirea forestieră.
Transferul orizontal de gene, facilitat în mare măsură de transformările din mediu, a jucat un rol esenţial în răspândirea ARG între specii, în timp ce alte mecanisme precum transducţia şi conjugarea s-au dovedit a fi mai puţin semnificative. Din punct de vedere geografic, prevalenţa ARG a fost mai mare în estul Statelor Unite, un model determinat de prezenţa L. monocytogenes şi a altor specii cu o bogăţie ridicată de ARG.
Limitările studiului
Este posibil ca studiul să se bazeze pe secvenţierea genomului şi pe modele de calcul şi să nu surprindă pe deplin transferul de gene în timp real sau interacţiunile complexe de mediu. Deşi transferul orizontal de gene a fost implicat ca un mecanism semnificativ, căile exacte - în special cele care implică transformarea - necesită o validare experimentală suplimentară.
În plus, concentrarea geografică a studiului asupra Statelor Unite limitează generalizarea rezultatelor la regiuni cu condiţii de mediu diferite. Absenţa datelor de la alte rezervoare, cum ar fi apa sau animalele, limitează şi mai mult domeniul de aplicare al concluziilor studiului.
Concluzii
Constatările evidenţiază rolul semnificativ al mediului solului în evoluţia şi diseminarea genelor de rezistenţă la antibiotice.
SpeciileListeria sensu stricto, care sunt strâns legate de agenţi patogeni precum L. monocytogenes, au prezentat o bogăţie mai mare de ARG, ceea ce sugerează avantaje selective în condiţii de mediu specifice. Proprietăţile solului, cum ar fi conţinutul de metale şi modelele de utilizare a terenurilor, au apărut ca factori-cheie ai diversităţii ARG.
Aceste informaţii subliniază importanţa monitorizării ecosistemelor solului ca rezervoare ale rezistenţei la antibiotice, în special în zonele afectate de schimbări de mediu naturale sau induse de om. Studiul subliniază faptul că rezistenţa la antibiotice necesită o abordare mai largă, care ia în considerare contribuţiile la mediu, alături de sursele clinice şi agricole.
Finanţare
Cercetarea a fost finanţată de diferite departamente de la Virginia Tech, inclusiv Departamentul de Inginerie Civilă şi de Mediu şi Centrul pentru Patogeni Zoonotici Emergenţi şi Transportaţi de Artropode.
