Globální studie odhaluje rozšířenou latentní antimikrobiální rezistenci v odpadních vodách

Tým výzkumníků zjistil, že latentní antimikrobiální rezistence je po celém světě rozšířenější než známá rezistence. Volají po širším dohledu nad rezistencí v odpadních vodách, protože problematické geny budoucnosti se mohou skrývat v rozšířeném rezervoáru latentních genů rezistence. Výzkum byl publikován v Nature Communications.

Skupina výzkumníků analyzovala 1240 vzorků odpadních vod z 351 měst ve 111 různých zemích a zjistila, že latentní bakteriální antimikrobiální rezistence je rozšířená na všech světových kontinentech. Výzkum byl koordinován DTU National Food Institute v Dánsku. Zkoumané geny antimikrobiální rezistence v současnosti nepředstavují velké riziko, ale některé z nich pravděpodobně v budoucnu budou, tvrdí vědci, kteří na základě studie doporučují zvýšený dohled nad antimikrobiální rezistencí v odpadních vodách. Výzkum byl publikován ve vysoce uznávaném vědeckém časopise Nature Communications (vložte odkaz: https://doi.org/10.1038/s41467-025-66070-7).

„Výzkum ukazuje, že máme latentní rezervoár antimikrobiální rezistence, která je mnohem rozšířenější po celém světě, než jsme očekávali,“ říká výzkumnice Hannah-Marie Martiny, která je spolu s docentem Patrickem Munkem z DTU National Food Institute prvním autorem studie.

Výzkumníci porovnali geografickou distribuci genů antimikrobiální rezistence, latentních i již aktivních (dále označovaných jako získané), a zjistili mnohem širší geografickou distribuci latentních genů rezistence než geny získané.

Abychom omezili budoucí antimikrobiální rezistenci, věříme, že rutinní sledování antimikrobiální rezistence v odpadních vodách, kromě zahrnutí již získaných genů rezistence, by mělo zahrnovat také latentní geny rezistence, aby bylo možné zohlednit i zítřejší problémy.“

Patrick Munk, docent, DTU National Food Institute

V souladu s předchozími výzkumy studie ukazuje, že geny získané rezistence jsou přítomny ve větším množství v subsaharské Africe, jižní Asii a na Středním východě a v severní Africe (MENA) než v jiných částech světa.

Naděje, že se nám podaří pandemii omezit

Pro bakterie je přirozené, že mají geny, které je dokážou učinit odolnými vůči antibiotikům, a takové geny se nacházejí všude, například v půdě, vodě a člověku. Naše používání antibiotik a další environmentální tlaky (viz níže část „Tlaky životního prostředí určují antimikrobiální rezistenci“) však způsobily šíření rezistence do takové míry, že Světová zdravotnická organizace (WHO) označila antimikrobiální rezistenci (AMR) za pandemii (vložit odkaz: https://www.who.int/westernpacific/newsroom/commentaries/detail/the-next-pandemic-is-already-here–antimicrobial-resistance-is-upending-a-century-of-achievements-in-global-health).

Když výzkumníci z celého světa zkoumají rozsah a šíření problému, obvykle se zaměřují na geny rezistence, které jsou již schopny přeskakovat mezi bakteriálními hostiteli. Získané rezistence na antibiotika geny představují skutečnou výzvu, protože ztěžují nebo znemožňují léčbu lidí a zvířat antibiotiky.

Rozšířený dohled by nabídl naději, že výzkumníci mohou určit, kde a jak vzniká a šíří antimikrobiální rezistence, a mohou zmapovat ekologii genů.

„Sledováním získaných i latentních genů antimikrobiální rezistence můžeme získat široký přehled o tom, jak se vyvíjejí, mění hostitele a šíří v našem prostředí, a tím lépe zacílit úsilí proti antimikrobiální rezistenci (AMR). Odpadní voda je praktický a etický způsob monitorování AMR, protože shromažďuje odpad z lidí, zvířat a bezprostředního okolí,“ říká Hannah-Marie Martiny

Studie také ukazuje, že globálně je po celém světě rozšířeno více latentních genů rezistence než genů získané rezistence. Pouze v subsaharské Africe je jich stejný počet.

„Obecně si nemyslím, že se musíme příliš obávat většiny latentních genů antimikrobiální rezistence, ale věřím, že některé z nich nakonec způsobí problémy, a rádi bychom věděli jaké; protože s těmito znalostmi můžeme být schopni předvídat, které bakterie v budoucnu mohou být zastaveny jakými léky,“ říká Hannah-Marie Martiny; názor sdílený Patrickem Munkem.

„Když se vyvinou nová antibiotika – proces, který trvá mnoho let – bakterie už možná vynalezly nové ‚nůžky‘ schopné je zničit. Pokud dokážeme studovat oba typy genů v průběhu času, můžeme být schopni zjistit, které z latentních genů se stávají problematickými geny rezistence, jak vznikají a jak se šíří napříč zeměpisnou oblastí a bakteriemi, a tímto způsobem snížit zátěž antimikrobiální rezistence,“ říká Patrick Munk.

Latentní antibiotická rezistence mapovaná pomocí funkční metagenomiky

Existuje několik způsobů, jak otestovat, zda geny propůjčují rezistenci vůči antibiotikům, a to jak pomocí předpovědí založených na AI, tak pomocí laboratorních experimentů. S počítačovými predikcemi je však spojena určitá míra nejistoty, která také může zamlžit interpretaci výsledků.

Geny latentní rezistence se identifikují extrakcí DNA ze vzorku a poté testováním náhodných fragmentů DNA, aby se zjistilo, zda mohou způsobit antimikrobiální rezistenci. Metoda se nazývá funkční metagenomika a zahrnuje vložení fragmentů DNA do neškodné bakterie. Bakterie, které přežijí, musely dostat kus DNA, který poskytuje odolnost. To nutně neznamená, že fragment DNA se může přirozeně pohybovat mezi bakteriemi v prostředí.

Rozdíl mezi geny latentní rezistence a geny získané rezistence je přesně v tom, že je známo, že geny získané rezistence jsou schopny přeskakovat na nové bakteriální hostitele, zatímco geny latentní rezistence mohou přeskočit na nové bakteriální hostitele v laboratoři, ale výzkumníci zatím nevědí, zda toho budou v určitém okamžiku schopni v prostředí.

„Naší obavou je, že některé latentní geny rezistence se stanou získanými geny rezistence, a tak budou schopny přeskakovat na různé bakteriální hostitele v prostředí. Zejména proto, že výzkum také ukazuje, že jsou přítomny ve velkém množství na tolika místech po celém světě. Proto bychom rádi, aby byly zahrnuty do sledování,“ říká Patrick Munk.

Do jaké míry se latentní geny rezistence vyvinou v problematické geny získané rezistence, to vědci zatím nevědí. Široký dohled nad geny latentní i získané rezistence pomůže odpovědět na tuto otázku.

Může zabránit léčbě infekčních onemocnění

Klasickým způsobem, jak se společnost dozví o získaných genech rezistence, jsou infekční choroby, které nelze léčit antibiotiky kvůli rezistenci. V DTU National Food Institute existuje velká sbírka genů rezistence (vložit odkaz: https://genepi.food.dtu.dk/resfinder), který používají lékaři a výzkumníci po celém světě, když potřebují zjistit, zda je bakterie antimikrobiální rezistentní. V této studii byl kvantifikován výskyt všech různých genů rezistence ve vzorcích odpadních vod, aby se určila jejich geografická a environmentální distribuce.

Antimikrobiální odolnost určují tlaky prostředí

Prostředí působí jako rozhodčí v neustálém eliminačním závodě, pokud jde o odolné bakterie. Když jsou přítomna antibiotika, citlivé bakterie umírají jako první. Těch několik bakterií, které zpočátku nesou gen rezistence, přežije a množí se. Následující faktory prostředí ovlivňují například to, které bakterie umírají a které přežívají:

• Zbytky antibiotik v prostředí (z nemocnic, zemědělství, odpadních vod) inhibují nebo zabíjejí citlivé bakterie a poskytují rezistentním bakteriím výhodu, která jim umožňuje snadnější šíření.
• Dezinfekční prostředky a biocidy při opakované nebo dlouhodobé expozici mohou vybrat bakterie, které tato činidla tolerují. Tyto bakterie často také nesou geny, které udělují antimikrobiální rezistenci.