Zgodnie z badaniem opublikowanym dzisiaj w eLife, rozprzestrzenianie się oporności na antybiotyki, w przypadku której bakterie zakaźne są w stanie pokonać leki przeznaczone do ich zabicia, może nie być głównie spowodowane spożyciem antybiotyków.
Badanie sugeruje raczej, że rozpowszechnienie oporności na antybiotyki w Europie w latach 1997-2018 można głównie wytłumaczyć wymianą między ekosystemami oraz wymianą międzyludzką, taką jak import towarów lub podróże.
Wyniki potwierdzają tezę, że strategie interwencyjne oparte na ograniczeniu stosowania antybiotyków powinny być uzupełnione silniejszą kontrolą wymiany, zwłaszcza między ekosystemami.
Oporność na antybiotyki stanowi jedno z największych zagrożeń dla globalnego zdrowia publicznego, bezpieczeństwa żywnościowego i globalnego rozwoju, przed którymi stoi dzisiaj. Ze względu na rozprzestrzenianie się oporności na antybiotyki, rosnąca liczba infekcji, takich jak zapalenie płuc i gruźlica, staje się coraz trudniejsza do leczenia, co prowadzi do dłuższych pobytów w szpitalu, większych kosztów i zwiększonej śmiertelności.
„Wiele agencji zdrowia publicznego zaleciło ograniczenie stosowania antybiotyków w odpowiedzi na wyzwania spowodowane opornością” – wyjaśnia współautorka Léa Pradier, była doktorantka na Uniwersytecie w Montpellier we Francji. Pradier przeprowadził badanie wraz ze Stéphanie Bedhomme, badaczką z CNRS. „Są jednak przypadki, w których kraje rozwinięte ograniczyły spożycie antybiotyków i nie powstrzymały rozprzestrzeniania się genów oporności na antybiotyki w populacjach bakterii, co sugeruje, że w grę wchodzą inne czynniki” – kontynuuje Pradier.
Aby to wyjaśnić, Pradier i Bedhomme postanowili opisać genetyczne, geograficzne i ekologiczne rozmieszczenie oporności na klasę antybiotyków zwanych aminoglikozydami, a na podstawie tych informacji określić ilościowo względny udział różnych czynników napędzających rozprzestrzenianie się oporności na antybiotyki. Aminoglikozydy mają ograniczone zastosowanie kliniczne u ludzi, ale często stanowią ostatnią deskę ratunku w leczeniu infekcji wieloopornych. Są również powszechnie stosowane w leczeniu zwierząt gospodarskich, co oznacza, że oporność na nie stanowi poważne zagrożenie dla światowego bezpieczeństwa żywnościowego.
Wykorzystali podejście obliczeniowe do przeszukania informacji genetycznej ponad 160 000 genomów bakterii, szukając genów kodujących enzymy modyfikujące aminoglikozydy (AME) — najczęstszy mechanizm oporności na aminoglikozydy. Wykryli geny AME w około jednej czwartej przebadanych genomów oraz w próbkach ze wszystkich kontynentów (z wyjątkiem Antarktydy) i wszystkich zbadanych biomów. Większość bakterii przenoszących gen AME znaleziono w próbkach klinicznych (55,3%), ludzkich (22,1%) i hodowlanych (12,3%).
Pradier i Bedhommme skupili się następnie na rozmieszczeniu genów AME w Europie w latach 1997-2018, kiedy dostępne były najbardziej szczegółowe dane. W tym okresie zużycie aminoglikozydów utrzymywało się na względnie stałym poziomie, ale było bardzo zróżnicowane w poszczególnych krajach. Porównując rozpowszechnienie genów AME w krajach o różnym wykorzystaniu aminoglikozydów w czasie, zespół ustalił, że spożycie aminoglikozydów było tylko pomniejszym czynnikiem wyjaśniającym, z niewielkimi pozytywnymi lub kierunkowymi skutkami dla rozpowszechnienia genu AME.
Zamiast tego zestaw danych sugeruje, że wymiany między ludźmi poprzez handel i migracje oraz wymiany między biomami wyjaśniają większość rozprzestrzeniania się i utrzymywania oporności na antybiotyki, gdy modeluje się je w czasie, przestrzeni i ekologii. Geny AME mogą być przenoszone na kontynenty przez produkty roślinne i zwierzęce, handel międzynarodowy i podróżnych, a następnie mogą rozprzestrzeniać się na lokalne szczepy bakterii w procesie zwanym poziomym transferem genów – przepływem informacji genetycznej między organizmami. Pula genów AME pobranych z roślin, dzikich zwierząt i gleby w największym stopniu pokrywała się z innymi społecznościami, co sugeruje, że te biomy są głównymi ośrodkami propagacji genów AME, albo poprzez poziomy transfer genów oporności, albo przez oporny ruch bakterii.
Odkrycia sugerują, że największą przyczyną rozprzestrzeniania się genu AME jest przemieszczanie się bakterii opornych na antybiotyki między ekosystemami i biomami. To rozprzestrzenianie się jest wspomagane przez ruchome elementy genetyczne, które zwiększają prawdopodobieństwo, że genom będzie zawierał kilka kopii tego samego genu AME. Zwiększa to ekspresję przeniesionych genów AME i umożliwia bakteriom ewolucję nowych funkcji oporności na antybiotyki poprzez zduplikowane sekwencje.
Ustalenia te są wstępne, ponieważ są ograniczone przez wykorzystanie publicznie dostępnych danych, a nie zastosowanie specjalnej metody doboru próby. Ponadto dane genetyczne pochodzące z wielu różnych projektów badawczych spowodowały stronniczość pobierania próbek w kierunku krajów uprzemysłowionych i biomów o znaczeniu klinicznym, co doprowadziło do nadreprezentacji niektórych lokalizacji i biomów.
„Nasze badanie zapewnia szeroki przegląd przestrzennego, czasowego i ekologicznego rozmieszczenia genów AME i ustala, że ostatnie odmiany bakterii AME w Europie są najpierw wyjaśnione przez ekologię, potem przez wymianę między ludźmi, a na końcu przez spożycie antybiotyków” – podsumowuje Bedhomme. „Chociaż wnioski z tego badania nie powinny być rozszerzane na geny antybiotyków inne niż AME, zastosowane metody można z łatwością zastosować w dalszych badaniach nad innymi rodzinami genów oporności na antybiotyki”.