Работа геолога из Университета Канзаса в далекой северной Арктике Норвегии выявила поразительное глобальное распространение устойчивых к антибиотикам микробов, в том числе устойчивых к множеству лекарств «супербактерий», которые могут иметь тяжелые последствия для здоровья человека во всем мире.
Дженнифер Робертс, профессор и заведующая кафедрой геологии Калифорнийского университета, начала с изучения микробной геохимии таяния вечной мерзлоты и выделения метана, мощного парникового газа, ускоряющего глобальное изменение климата.
Но последующий анализ образцов почвы, собранных Робертсом в районе Конгсфьорда на Шпицбергене, Норвегия, также показал, что гены устойчивости к антибиотикам перешли в популяции почвенных микробов в одном из самых отдаленных мест Земли. Выводы Робертса и международной группы его коллег из Великобритании и Китая были только что опубликованы в рецензируемом журнале Environment International.
«Исследование предоставило хорошую возможность проверить образцы почвы на наличие генов антибиотиков с гипотезой о том, что Шпицберген был таким отдаленным и изолированным местом, что мы не найдем никаких доказательств наличия таких генов», - сказал Робертс. «В отличие от этого, мы обнаружили довольно много, включая гены устойчивости к антибиотикам супербактерий, такие как ген Нью-Дели, который впервые появился в Индии не так давно. Индия и наша группа обнаружили их в Арктике лишь несколько лет спустя."
Исследовательская группа генетически секвенировала ДНК из 40 образцов почвы в восьми местах на Шпицбергене, обнаружив 131 ген устойчивости к антибиотикам. Один обнаруженный ген устойчивости к антибиотикам называется blaNDM-1. Первоначально обнаруженный в Нью-Дели в 2007 году, этот ген вызывает устойчивость к антибиотикам карбапенемам - крайнему средству от неизлечимых инфекционных заболеваний. Продемонстрированное распространение blaNDM-1, в частности, вызывает большое беспокойство, привлекая внимание к растущему кризису глобальной устойчивости к антибиотикам.
Исследователи говорят, что гены устойчивости к антибиотикам могли попасть в Арктику лишь несколькими путями.
«Вероятно, они произошли от патогенов, которые неоднократно подвергались воздействию различных типов антибиотиков - именно так мы получаем эти остро устойчивые к антибиотикам штаммы, где они сохраняются даже несмотря на использование «последних средств» лечения», - Робертс. сказал. «Некоторые из мест, где мы обнаружили штамм гена из Нью-Дели, не так уж далеко от основной исследовательской базы, поэтому есть вероятность, что это были человеческие отходы. Мы также наблюдали колонии гнездящихся птиц в низинных местах, таких как небольшие озера и другие источники открытой воды во время максимальной оттепели, и именно там мы увидели самые высокие концентрации этих генов. Мы также обнаружили их в местах, где не было открытой воды, но было много мелких животных, таких как лисы, и вы можете проследить перенос между водопоем или небольшим озером, где много птиц и мелких млекопитающих, собирающихся напиться, а затем собирая любые гены."
Робертс, который занимается исследованиями в области гидрохимии и микробной геохимии, работал над созданием эталона для генов устойчивости к антибиотикам, естественным образом обнаруженных на Шпицбергене, чтобы команда могла отличить их от «чужих» генов множественной лекарственной устойчивости, перенесенных в Арктику из регионы, где антибиотики используются людьми и животными для лечения болезней.
«Поскольку миграция этих генов вызывает такую большую озабоченность, возникает следующий вопрос: «Являются ли эти устойчивые к антибиотикам гены нативными или они были перенесены?» - сказала она.«Моя роль заключалась в том, чтобы использовать линии доказательств в нашем исследовании, чтобы помочь нам понять, какой природный ген развился в почве, а какой был привнесен из других источников. Мы сделали это, изучив запасы питательных веществ в почве, которые очень, очень низкий в этих арктических почвах Затем мы смогли связать гены устойчивости к антибиотикам с тем, что, по-видимому, является новым источником фосфата, приносимым извне, и наиболее вероятным источником фосфата являются фекалии, либо в человеческих сточных водах, либо, скорее всего, птичье помет."
По словам Робертса, устойчивость к антибиотикам передается между микробами посредством «латерального переноса генов». В этом процессе патогены попадают в воду с фекалиями, умирают и выделяют в воду большое количество свободного генетического материала. Этот генетический материал не поддается легкой деградации, в результате чего другие организмы в конечном итоге подхватывают гены, а также их устойчивость.
"Дело не в том, что у нас есть какое-то крепкое сообщество E.coli или другой патоген, обитающий в поверхностных водах Арктики, - сказал Робертс. - Вместо этого какой-то устойчивый к антибиотикам патоген был завезен из внешних источников - и теперь эта устойчивость рассеяна, поскольку гены подхватываются другими организмами, которые уже были густонаселенный в окружающей среде."
Робертс сказал, что открытие команды показывает, что множественная устойчивость к антибиотикам теперь носит глобальный характер.
«Мы должны помнить, что мы получили антибиотики, такие как пенициллин, из почвенных микроорганизмов», - сказала она. «Микроорганизмы долгое время использовали способность сопротивляться для преодоления иммунитета в окружающей среде, производя устойчивые к антибиотикам гены, которые считаются естественными и нативными. Но с использованием искусственных антибиотиков для людей и животных во всем мире мы наблюдаем быстрый эволюция устойчивых генов. Мы обнаружили как нативные, так и эволюционировавшие гены устойчивости к антибиотикам в Арктике. Беспокойство состоит в том, что с распространением устойчивости в таких масштабах мы можем приближаться к постантибиотической эре, когда ни один из наших антибиотиков не работает, потому что патогены, которые мы те, кто пытается бороться, приобрели устойчивые гены в результате эволюции или латерального переноса."
Робертс сказал, что выводы группы показывают важность более тщательного управления использованием антибиотиков и необходимость улучшения очистки сточных вод во всем мире.
«Использование антибиотиков людьми и животными может иметь последствия, которые выходят за рамки нас самих и наших местных сообществ - они глобальны», - сказала она. «Для нас действительно важно начать думать об управлении водными системами и использовании антибиотиков в глобальном масштабе - и начать сокращать и контролировать часть распространения, которое явно не контролируется в данный момент».