stringtranslate.com

Резистом

Термин резистома использовался для описания двух схожих, но отдельных концепций:

Открытие и текущие данные

Резистом был впервые использован для описания способности бактерий к устойчивости, препятствующей эффективности антибиотиков. [4] [5] Хотя антибиотики и сопутствующие им гены устойчивости к антибиотикам происходят из естественной среды обитания, до появления секвенирования следующего поколения большинство исследований устойчивости к антибиотикам ограничивались лабораторными исследованиями. [6] Возросшая доступность методов полногеномного и метагеномного секвенирования следующего поколения выявила значительные резервуары бактерий, устойчивых к антибиотикам, за пределами клинических условий. [4] [7] [8] [9] Повторное тестирование метагеномов почвы показало, что в городских, сельскохозяйственных и лесных условиях спорообразующие почвенные бактерии проявляли устойчивость к большинству основных антибиотиков независимо от того, где они возникли. [4] В этом исследовании они наблюдали около 200 различных профилей устойчивости среди секвенированных бактерий, что указывает на разнообразную и надежную реакцию на протестированные антибиотики независимо от их бактериальной мишени или природного или синтетического происхождения. [4] Бактерии, устойчивые к антибиотикам, были обнаружены в ходе метагеномных исследований в неклинических условиях, таких как водоочистные сооружения [5] [8] и микробиомах человека, например, в ротовой полости. [10] Теперь мы знаем, что антибиотикорезистом существует в каждой экологической нише на Земле, а последовательности из древней вечной мерзлоты показывают, что устойчивость к антибиотикам существовала примерно за тысячелетия до появления антибиотиков, синтезированных человеком. [9]

Комплексная база данных исследований антибиотиков (CARD) была создана для составления базы данных генов устойчивости из этих быстро растущих доступных бактериальных геномных данных. [7] CARD представляет собой компиляцию данных о последовательностях и идентификацию генов устойчивости в неаннотированных последовательностях генома. [7] База данных «включает биоинформатические инструменты, которые позволяют идентифицировать гены устойчивости к антибиотикам из данных о последовательностях всего или части генома, включая неаннотированные контиги сборки необработанных последовательностей ». [7] Это ресурс, предназначенный для лучшего понимания резистома и связывающий наборы данных по здравоохранению, окружающей среде и сельскому хозяйству. [7]

База данных ResistomeDB была опубликована в 2020 году для хранения Глобального океанического резистома [11] , основанного на образцах метагеномики из проекта Tara Oceans.

Возбудители заболеваний человека

Главный вопрос, связанный с экологическим резистомом, заключается в следующем: как патогенные бактерии приобретают гены устойчивости к антибиотикам из окружающей среды (и наоборот)? Чтобы ответить на этот вопрос, нам необходимо рассмотреть механизмы горизонтального переноса генов (ГПГ) и различные возможности для контакта между экологическими бактериями и человеческими патогенами. [ необходима цитата ]

В почвенных антибиотикоустойчивых бактериальных сообществах гены, обеспечивающие устойчивость, были обнаружены на мобильных генетических элементах. [4] Аналогичным образом, при анализе резистома на водоочистной станции плазмиды и другие кодирующие белок мобильные генетические элементы присутствовали на всех уровнях фильтрации, и эти мобильные элементы содержали гены устойчивости. [5] Эти почвенные и водные устойчивые сообщества известны как резервуары, из которых устойчивость может передаваться патогенным бактериям. [12] Метагеномное секвенирование и сборка на основе коротких прочтений выявили обмен генами устойчивости к антибиотикам между непатогенными почвенными бактериями окружающей среды и клиническими патогенами. [13] Части в почвенных бактериях идеально соответствуют идентичности нескольких различных человеческих патогенов и содержат кассеты устойчивости против пяти классов антибиотиков . [13] Эти кассеты устойчивости также содержат последовательности, которые отражают недавний горизонтальный перенос генов и предоставляют механизм того, как этот перенос произошел. [13] Эти гены устойчивости к антибиотикам также сохраняют свою функциональность даже после того, как они полностью удалены из контекста их исходного хозяина, что подчеркивает их совместимость с широким спектром хозяев, включая патогены. [13] Интересно, что высокая степень сохранения идентичности генов устойчивости также наблюдалась в микробиоме кишечника человека. [13] Хотя среднее сходство аминокислот между микробиотой кишечника человека и устойчивыми патогенами составляло всего около 30,2–45,5%, их гены устойчивости идеально соответствовали генам патогенных бактерий, что позволяет предположить, что резистомы желудочно-кишечного тракта человека, почвы и клинических патогенов связаны между собой. [13] Однако следует отметить, что риск передачи нельзя просто экстраполировать из обилия генов резистома в популяции, и следует рассмотреть многогранный подход к анализу риска, чтобы полностью понять возникающие риски. [12] Например, было замечено, что мобильность генов устойчивости к антибиотикам зависит от того, является ли популяция патогенной или нет, при этом сообщества патогенов имеют гораздо более высокую долю мобильных генетических элементов. [14]

Когда в окружающей среде присутствует устойчивость к антибиотикам, важно учитывать, как человеческие патогены взаимодействуют или интегрируются в эти среды, и как там происходит обмен устойчивостью к антибиотикам. Например, бактерии полости рта могут достигать других частей тела через пищеварительную и кровеносную системы, а наша слюна легко переносит бактерии другим людям, поэтому существует несколько способов, с помощью которых бактерии, устойчивые к антибиотикам в микробиоме полости рта, могут легко передавать свои гены устойчивости другим, потенциально патогенным бактериальным сообществам. [10] Кроме того, было замечено, что почвенные и патогенные резистомы не являются отдельными, поэтому важно, чтобы мы понимали устойчивость окружающей среды в водной и других средах с высокой вероятностью взаимодействия с человеческими патогенами. [13] В случае гипер-антибиотик-устойчивой Pseudomonas aeruginosa экологический стресс является ключом к тому, как выражается ее резистома; внутренние, приобретенные и адаптивные формы экспрессии генов устойчивости возникают при различном давлении окружающей среды и приводят к значительным проблемам в разработке эффективных методов лечения в ответ. [15]

Наше понимание того, как люди создают дополнительное положительное селективное давление на устойчивость к антибиотикам в неклинических условиях, сейчас важно как никогда. [4] [5] Рост устойчивости к антибиотикам серьезно снизил эффективность антибиотиков, что создает серьезную причину для беспокойства в сфере разработки лекарств и поддержания общественного здравоохранения. [9] Антибиотики, произведенные человеком, не являются единственным источником давления устойчивости к антибиотикам в дикой природе, поскольку антибиотики присутствуют в различных концентрациях и функционируют как защитные и сигнальные механизмы, отбирая устойчивость к антибиотикам естественным образом в окружающей среде. [6] По этой причине изучение природных антибиотиков и закономерностей устойчивости к антибиотикам, которые естественным образом возникают в дикой природе, может помочь нам предсказать и отреагировать на устойчивость к антибиотикам в клинических условиях. [6] Анализ данных метагеномной последовательности является полезным инструментом для понимания того, как воздействие человека влияет на распространение генов устойчивости. [13] Эффект внедрения высоких уровней антибиотиков, произведенных человеком, в окружающую среду заключается в содействии устойчивости к антибиотикам даже при отсутствии естественного производства антибиотиков. [4] Вторичные стрессовые условия, такие как загрязнение тяжелыми металлами, вызывают более высокий горизонтальный перенос генов в ответ на стресс, что также, вероятно, способствует распространению генов устойчивости к антибиотикам. [6] Кроме того, быстрый рост численности населения без адекватной очистки сточных вод увеличивает вероятность контакта человеческих патогенов с бактериями, переносящими устойчивость из окружающей среды, [6] поэтому важно рассматривать очистку сточных вод как источник горизонтального переноса генов. [10]

Устойчивость к инфекциям

Резистом также относится к унаследованному набору генов, используемых для сопротивления инфекциям. [3] [2] Эта концепция также называется врожденным иммунитетом , и гены устойчивости в резистоме обеспечивают различные функции для иммунного ответа и транскрибируются по-разному. [3] Интересно, что в одном исследовании Arabidopsis thaliana активированные области на хромосоме для устойчивости как к бактериям, так и к вирусам были сгруппированы вместе, что, вероятно, означает, что они совместно регулируются. [3]

Сравнение различных мутаций в зародышевой линии может быть использовано для определения размера и положения резистома, этого набора генов, обеспечивающих наследуемый иммунный ответ. [2] Из-за мутации «универсальный резистом», набор генов резистентности, общий для всех мышей, аналогичный концепции панмикробиома, [16] , вероятно, чрезвычайно мал. [2]

Ссылки

  1. ^ Райт, Джерард Д. (март 2007 г.). «Антибиотик-резистом: связь химического и генетического разнообразия». Nature Reviews Microbiology . 5 (3): 175–186. doi : 10.1038/nrmicro1614 . ISSN  1740-1526. PMID  17277795. S2CID  6820908.
  2. ^ abcd Beutler B, Crozat K, Koziol JA, Georgel P (февраль 2005 г.). «Генетическое препарирование врожденного иммунитета к инфекции: модель цитомегаловируса у мышей». Current Opinion in Immunology . 17 (1): 36–43. doi :10.1016/j.coi.2004.11.004. PMID  15653308.
  3. ^ abcd Marathe R, Guan Z, Anandalakshmi R, Zhao H, Dinesh-Kumar SP (июль 2004 г.). «Изучение резистома Arabidopsis thaliana в ответ на заражение вирусом мозаики огурца с использованием микроматрицы полного генома». Plant Molecular Biology . 55 (4): 501–20. doi :10.1007/s11103-004-0439-0. PMID  15604696. S2CID  7460917.
  4. ^ abcdefg D'Costa VM, McGrann KM, Hughes DW, Wright GD (январь 2006 г.). «Отбор проб антибиотикорезистома». Science . 311 (5759): 374–7. Bibcode :2006Sci...311..374D. doi :10.1126/science.1120800. PMID  16424339. S2CID  14411188.
  5. ^ abcd Диас МФ, да Роша Фернандес Г, Кристина де Пайва М, Кристина де Матос Салим А, Сантос AB, Амарал Насименто AM (май 2020 г.). «Изучение резистома, вирулома и микробиома питьевой воды в экологических и клинических условиях». Исследования воды . 174 : 115630. Бибкод : 2020WatRe.17415630D. doi :10.1016/j.watres.2020.115630. PMID  32105997. S2CID  211556937.
  6. ^ abcde Martínez JL (июль 2008 г.). «Антибиотики и гены устойчивости к антибиотикам в естественных условиях». Science . 321 (5887): 365–7. Bibcode :2008Sci...321..365M. doi :10.1126/science.1159483. PMID  18635792. S2CID  38529155.
  7. ^ abcde McArthur AG, Waglechner N, Nizam F, Yan A, Azad MA, Baylay AJ, et al. (Июль 2013 г.). «Комплексная база данных устойчивости к антибиотикам». Антимикробные агенты и химиотерапия . 57 (7): 3348–57. doi :10.1128/AAC.00419-13. PMC 3697360. PMID  23650175 . 
  8. ^ ab Manaia CM, Rocha J, Scaccia N, Marano R, Radu E, Biancullo F и др. (июнь 2018 г.). «Устойчивость к антибиотикам на очистных сооружениях: борьба с черным ящиком». Environment International . 115 : 312–324. Bibcode : 2018EnInt.115..312M. doi : 10.1016/j.envint.2018.03.044. PMID  29626693. S2CID  4686577.
  9. ^ abc Brown ED, Wright GD (январь 2016 г.). «Открытие антибактериальных препаратов в эпоху резистентности». Nature . 529 (7586): 336–43. Bibcode :2016Natur.529..336B. doi :10.1038/nature17042. PMID  26791724. S2CID  4401156.
  10. ^ abc Diaz-Torres ML, Villedieu A, Hunt N, McNab R, Spratt DA, Allan E и др. (май 2006 г.). «Определение потенциала устойчивости к антибиотикам местной микробиоты полости рта человека с использованием метагеномного подхода». FEMS Microbiology Letters . 258 (2): 257–62. doi : 10.1111/j.1574-6968.2006.00221.x . PMID  16640582.
  11. ^ Куадрат, Рафаэль RC; Сорокина, Мария; Андраде, Бруно Дж; Горис, Тобиас; Давила, Альберто М.Р. (01 мая 2020 г.). «Обнаружен резистом глобального океана: изучение распространенности и распределения генов устойчивости к антибиотикам в образцах океана TARA». ГигаСайенс . 9 (5). doi : 10.1093/gigascience/giaa046. ISSN  2047-217X. ПМЦ 7213576 . ПМИД  32391909. 
  12. ^ ab Manaia CM (март 2017 г.). «Оценка риска передачи устойчивости к антибиотикам из окружающей среды к человеку: непрямая пропорциональность между распространенностью и риском». Тенденции в микробиологии . 25 (3): 173–181. doi : 10.1016/j.tim.2016.11.014 . PMID  28012687.
  13. ^ abcdefgh Forsberg KJ, Reyes A, Wang B, Selleck EM, Sommer MO, Dantas G (август 2012 г.). «Общий антибиотикорезистом почвенных бактерий и человеческих патогенов». Science . 337 (6098): 1107–11. Bibcode :2012Sci...337.1107F. doi :10.1126/science.1220761. PMC 4070369 . PMID  22936781. 
  14. ^ Forsberg KJ, Patel S, Gibson MK, Lauber CL, Knight R, Fierer N, Dantas G (май 2014). «Бактериальная филогения структурирует почвенные резистомы в разных местообитаниях». Nature . 509 (7502): 612–6. Bibcode :2014Natur.509..612F. doi :10.1038/nature13377. PMC 4079543 ​​. PMID  24847883. 
  15. ^ Breidenstein EB, de la Fuente-Núñez C, Hancock RE (август 2011 г.). «Pseudomonas aeruginosa: все дороги ведут к устойчивости». Trends in Microbiology . 19 (8): 419–26. doi :10.1016/j.tim.2011.04.005. PMID  21664819.
  16. ^ Агирре де Карсер Д (сентябрь 2018 г.). «Пан-микробиом кишечника человека представляет собой композиционное ядро, образованное дискретными филогенетическими единицами». Scientific Reports . 8 (1): 14069. Bibcode :2018NatSR...814069A. doi : 10.1038/s41598-018-32221-8 . PMC 6145917 . PMID  30232462.