Антибиотики — один из величайших триумфов в истории медицинской науки, но у этих спасающих жизни инструментов есть и обратная сторона. Их постоянное использование может привести к появлению «супербактерий» — устойчивых к лекарствам микробов, которые представляют опасность для людей, животных и окружающей среды.
В рамках пилотного проекта
Исследователи из Продовольственной и сельскохозяйственной организации Объединённых Наций, Министерства сельского хозяйства Индонезии и Университета штата Аризона впервые в своём роде испытали интеграцию портативного устройства для секвенирования ДНК в национальную систему наблюдения за устойчивостью к антибиотикам в Индонезии. Они проверили шесть птицебоен в районе Большой Джакарты. Были собраны образцы как из сточных вод, так и из близлежащих рек.
Цель исследования — определить, может ли портативное секвенирование ДНК улучшить национальные усилия по отслеживанию устойчивых к лекарствам штаммов кишечной палочки (E. coli), ключевого показателя устойчивости к антибиотикам.
Результаты исследования
Исследование выявило признаки того, что устойчивые к антибиотикам бактерии из сточных вод бойни могут попадать в близлежащие реки. Во многих случаях в местах ниже по течению уровень устойчивых штаммов кишечной палочки был выше, чем в местах выше по течению, что указывает на возможный путь распространения устойчивости из отходов животноводства в окружающую среду.
Однако исследование также показало, как портативное секвенирование ДНК может усилить национальные усилия по надзору — упрощая обнаружение очагов устойчивости к антибиотикам и прокладывая путь для более целенаправленных и экономически эффективных решений по снижению её распространения.
Штаммы кишечной палочки, устойчивые к антибиотикам, могут вызывать ряд заболеваний, включая диарею, особенно у детей, пожилых людей и лиц с ослабленным иммунитетом.
Перспективы
Подход с использованием мобильного секвенирования может быть расширен на фермы и влажные рынки или адаптирован для отслеживания других патогенов, таких как птичий грипп.
Исследование опубликовано в журнале [Antibiotics](https://doi.org/10.3390/antibiotics14070624).
Устойчивость к антибиотикам — растущий глобальный кризис
Устойчивость к антибиотикам возникает, когда бактерии эволюционируют, чтобы выжить под действием лекарств, предназначенных для их уничтожения. Когда люди заражаются этими бактериями, обычные антибиотики не помогают. Только в 2021 году устойчивость к антибиотикам привела почти к 5 миллионам смертей. Ожидается, что это число удвоится к 2050 году.
Традиционный мониторинг основан на культуральных методах. Это требует транспортировки образцов в лабораторию. Для такой страны, как Индонезия, где насчитывается более 14 000 островов, это представляет собой проблему.
Новый проект проверил устройство под названием MinION, которое использует портативное секвенирование ДНК через нанопоры для быстрого анализа генетического материала в месте сбора. Устройство настолько мало, что помещается на ладони, и работает от ноутбука. Оно показало результаты, сравнимые с дорогостоящими лабораторными системами.
Проект отслеживал штамм бактерий, устойчивый к широкому классу антибиотиков, и был признан Центрами по контролю и профилактике заболеваний (CDC) значительной угрозой. Этот штамм кишечной палочки часто используется в качестве индикатора для обнаружения присутствия и распространения других опасных устойчивых бактерий.
Выводы
Исследование задокументировало значительные различия в том, как предприятия управляют своими отходами. Некоторые имели системы очистки, в то время как другие выпускали свои отходы без очистки. Хотя исследователи не оценили эффективность систем очистки, они обнаружили устойчивые к антибиотикам бактерии как в очищенных, так и в неочищенных образцах. Это вызывает обеспокоенность не только по поводу пробелов в инфраструктуре, но и по поводу обслуживания, регулирования и надзора за существующими системами.
Во всём мире сточные воды из домашних хозяйств, больниц и сельскохозяйственных стоков являются основным источником остатков антибиотиков в реках, особенно в Юго-Восточной Азии. Когда антибиотики задерживаются в окружающей среде, они создают условия, которые позволяют бактериям разрабатывать новые способы сопротивления им, что делает высококачественный эпиднадзор ещё более актуальным.
Для лучшего понимания риска команда не только идентифицировала бактерии, но и секвенировала их генетический материал. Многие из обнаруженных генов устойчивости были расположены на плазмидах — небольших мобильных фрагментах ДНК, которые могут перемещаться между бактериями и распространять устойчивость между видами.
Используя устройство MinION, исследователи идентифицировали эти гены, а также факторы вирулентности и специфические бактериальные штаммы с точностью до 100% по сравнению с традиционными лабораторными методами. Результаты показывают, что геномный эпиднадзор с высоким разрешением возможен даже вне элитных исследовательских условий.
Этот проект основан на концепции «Единое здоровье», которая признаёт, что здоровье человека, животных и окружающей среды тесно взаимосвязаны.
«Если мы будем использовать только узкий подход, мы упустим множество потенциальных точек воздействия для контроля распространения устойчивости к антибиотикам», — сказал Вот-Гаэддерт. «Здесь много возможностей. Вот почему ведётся такая активная работа по продвижению концепции „Единое здоровье“».
Индонезийское разнообразие окружающей среды и опыт наблюдения за устойчивостью к антибиотикам сделали её идеальным местом для пилотирования новых инструментов. Но полученные сведения актуальны и для всего мира, поскольку устойчивость к антибиотикам распространяется через границы и экосистемы.
Быстрые, доступные и локально доступные инструменты, такие как MinION, могут значительно продвинуть наши усилия по отслеживанию и контролю широкого спектра микробных угроз.