Resistente Metagenomik zeigt gemeinsame ARGs bei Menschen und Tieren

Die globale Herausforderung der Antibiotikaresistenz (ARG) wächst weiter, was die Annahme des 'One Health'-Ansatzes vorantreibt, der darauf abzielt, die Gesundheit von Menschen, Tieren und der Umwelt zu optimieren. In diesem Kontext können antibiotikaresistente Bakterien im Magen-Darm-Trakt von Tieren nach einer Antibiotikabehandlung entstehen, in den Tieren persistieren und potenziell ein Übertragungsrisiko für Menschen darstellen. Dennoch bleibt das Ausmaß der Ähnlichkeit der erworbenen Antibiotikaresistenzgene (ARGs) zwischen Menschen und Lebensmitteltieren sowie die Mechanismen, die den Transfer von Antibiotikaresistenz antreiben, im Dunkeln.

Diese Studie beschäftigte sich mit einem umfangreichen und umfassenden Datensatz, der mehr als 1.000 Darmproben von Menschen, Hühnern und Schweinen aus verschiedenen geografischen Regionen weltweit umfasste. Darüber hinaus wurden 21 neu hinzugefügte sequenzierte menschliche Mikrobiota-Proben aus dem Darm für eine eingehendere Analyse. Dieses umfangreiche Datenset diente als Grundlage für eine Untersuchung zu mobilen genetischen Elementen (MGE), die mit erworbenen Antibiotikaresistenzgenen (ARGs) assoziiert sind, und eröffnete neue Wege zum Verständnis der Dynamik des Transfers von Antibiotikaresistenzgenen bei Nutztiere.

Durch die Auswahl von Schweinen und Hühnern als repräsentative Nutztiere haben sie insgesamt 1.487 zusammengestellt und untersucht. Metagenome. abgeleitet aus Proben von menschlichen und tierischen Darmmikroben. Dieses vielfältige Datenset ermöglichte es uns, die Analyse der erworbenen Antibiotikaresistenzgene (ARGs), die mit mobilen genetischen Elementen (MGEs) verbunden sind, zu betonen und die Übertragbarkeit von ARGs zu bewerten, indem wir das Vorhandensein von MGEs und bakteriellen Klassifikationen in diesen beiden primären Wirtstypen identifizierten.

Vielfalt und Fülle von Antibiotikaresistenzgenen (ARGs)

Die Analyse von metagenomische Daten Es wurden faszinierende Muster in der Vielfalt und relativen Häufigkeit von ARGs über verschiedene Wirtstypen hinweg aufgedeckt. Besonders auffällig war, dass die Anzahl der in menschlichen Proben nachgewiesenen ARGs im Allgemeinen hinter denen lag, die bei Nutztiere wie Schweinen und Hühnern gefunden wurden. Darüber hinaus zeigte der Beta-Diversitätsindex eine größere Variabilität in menschlichen Proben im Vergleich zu ihren Gegenstücken von Nutztiere. Insbesondere war die relative Häufigkeit von ARGs bei Schweinen im Vergleich zu menschlichen Wirten deutlich höher.

Die Clusteranalyse, die ARGs basierend auf ihren Wirtsursprüngen kategorisierte, offenbarte deutliche Muster. ARGs, die mit Tetracyclin-, Vancomycin- und Makrolidresistenz in Verbindung standen, waren durchgehend in den Proben verbreitet und überschritten die Wirtunterscheidungen. Im Gegensatz dazu zeigten Quinolon-, Chloramphenicol- und Aminoglykosid-ARGs erhebliche Variationen zwischen verschiedenen Wirten.

Bemerkenswerterweise wiesen alle ARGs, mit Ausnahme von cepA, das ein Klasse A β-Lactamase kodiert, höhere Abundanzniveaus bei Nutz Tieren im Vergleich zu Menschen auf.

Vielfalt des Vergleichs erworbener ARGs in den Wirten Mensch, Huhn und Schwein. (Cao et al., 2022)

Geteilte Antibiotikaresistenzgene (ARGs) zwischen Menschen und Nutztieren

In dieser Studie wurden insgesamt 863 ARGs identifiziert, von denen 345 sowohl bei Menschen als auch bei Schweinen verbreitet sind und 214 zwischen Menschen und Hühnern geteilt werden. Abgesehen von ARGs, die gegen clostridiale Säuren resistent sind und in menschlichen Wirten nicht vorkamen, war das Vorkommen anderer ARG-Typen bei allen Wirten vergleichbar.

Die Untersuchung der potenziellen Übertragbarkeit dieser ARGs zwischen den beiden Wirtgruppen identifizierte Insertionselemente (IS) in Contigs, die ARGs in allen Proben enthielten. Symbiotische Bakterien, insbesondere solche der Clostridium-Arten, traten als die Hauptquelle für mit mobilen genetischen Elementen (MGE) assoziierte ARGs hervor, die sowohl bei Menschen als auch bei Nutztieren gefunden wurden. Darüber hinaus spielten MGEs wie Tn4451/Tn4453 und TnAs3 eine bedeutende Rolle bei der Vermittlung des ARG-Austauschs zwischen Menschen und Nutztieren. TnpX, ein Mitglied der umfangreichen Dissociase-Familie von standortspezifischen Rekombinasen, die die Einspeisung von transienten zyklischen Molekülen erleichtert, wurde ebenfalls innerhalb von Tn4451/Tn4453 identifiziert.

Vergleich der relativen Häufigkeit erworbener ARGs bei Menschen und Lebensmitteln. (Cao et al., 2022)

Geteilte ARGs bei Menschen und Nutztieren. (Cao et al., 2022)

Übertragbarkeit von ARGs bei menschlichen und porzinen Wirten sowie wichtige Beiträger zu ARGs

Die Stabilität von ARGs in beiden Wirten wurde mithilfe des Antibiotikaresistenzgen-Übertragbarkeitsindex (ARGTI) bewertet. Obwohl die Übertragbarkeit von Antibiotikaresistenzgenen bei Menschen ausgeprägter war als bei Schweinen, überstieg die durchschnittliche Übertragbarkeit, die bei Schweinen beobachtet wurde, die bei Menschen. Die Lefse-Analyse hob makrolid- und β-Lactam-produzierende resistente ARGs als die Hauptbeitragsleister in beiden menschlichen und porzinen Wirten hervor.

Zusammenfassend hat diese Studie potenzielle Hotspots für antimikrobielle Resistenzen aufgedeckt, insbesondere solche ARGs mit einem hohen Potenzial für den horizontalen Transfer zu Krankheitserregern. Die Entdeckung dieser potenziellen Hotspots für Antibiotikaresistenzen, insbesondere bei Lebensmitteltieren, unterstreicht die dringende Notwendigkeit einer proaktiven Überwachung, um aufkommende Resistenzbedrohungen zu erkennen und zu mindern. Die Ergebnisse dieser Studie ebnen den Weg für ein verbessertes Verständnis der Stabilität und des Transfers von ARGs bei Lebensmitteltieren. Darüber hinaus bietet diese Forschung vielversprechende Ansätze zur Unterstützung der One Health-Initiative, was sich positiv auf die menschliche Gesundheit auswirken kann.

Referenz:

1. Cao, Huiluo, et al. "Austausch von antimikrobiellen Resistenzgenen zwischen Menschen und Nutztieren." MSystems 7.6 (2022): e00775-22.