Резистом
Резистом : использовался для описания двух похожих, но отдельных понятий
- Все устойчивости к антибиотикам гены в сообществах как патогенных, так и непатогенных бактерий . [ 1 ]
- Все гены устойчивости в организме, как они наследуются, [ 2 ] и как изменяются их уровни транскрипции для защиты от таких патогенов, как вирусы и бактерии. [ 3 ]
Открытие и текущие данные
[ редактировать ]Резистом впервые был использован для описания резистентности бактерий, снижающей эффективность антибиотиков. [ 4 ] [ 5 ] Хотя антибиотики и сопровождающие их гены устойчивости к антибиотикам происходят из естественной среды обитания, до секвенирования следующего поколения большинство исследований устойчивости к антибиотикам ограничивались лабораторными исследованиями. [ 6 ] Возросшая доступность полногеномных и метагеномных методов секвенирования нового поколения выявила значительные резервуары устойчивых к антибиотикам бактерий за пределами клинических условий. [ 4 ] [ 7 ] [ 8 ] [ 9 ] Повторное тестирование метагеномов почвы показало, что в городских, сельскохозяйственных и лесных условиях спорообразующие почвенные бактерии проявляют устойчивость к большинству основных антибиотиков независимо от того, где они возникли. [ 4 ] В этом исследовании они наблюдали около 200 различных профилей резистентности среди секвенированных бактерий, что указывает на разнообразный и устойчивый ответ на протестированные антибиотики независимо от их бактериальной мишени, природного или синтетического происхождения. [ 4 ] Бактерии, устойчивые к антибиотикам, наблюдались в ходе метагеномных исследований в доклинических условиях, таких как водоочистные сооружения. [ 5 ] [ 8 ] и человеческие микробиомы, такие как рот. [ 10 ] Теперь мы знаем, что резистом к антибиотикам существует во всех экологических нишах на Земле, а последовательности 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 на основе быстро доступных бактериальных геномных данных. [ 7 ] CARD представляет собой компиляцию данных о последовательностях и идентификацию генов устойчивости в неаннотированных последовательностях генома. [ 7 ] База данных «включает в себя биоинформационные инструменты, которые позволяют идентифицировать гены устойчивости к антибиотикам на основе 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 о здравоохранении, окружающей среде и сельском хозяйстве. [ 7 ]
ResistomeDB . была опубликована в 2020 году для хранения резистома глобального океана [ 11 ] ., на основе метагеномных образцов проекта Tara Oceans Project .
Человеческие патогены
[ редактировать ]Главный вопрос, связанный с резистомом окружающей среды, 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 (HGT) и различные возможности контакта между бактериями окружающей среды и патогенами человека. [ нужна ссылка ]
В почвенных бактериальных сообществах, устойчивых к антибиотикам, гены, обеспечивающие устойчивость, были обнаружены на мобильных генетических элементах. [ 4 ] Аналогично, при анализе резистома на водоочистной станции плазмиды кодирующие белки, и другие мобильные генетические элементы, присутствовали на всех уровнях фильтрации, и эти мобильные элементы содержали гены устойчивости. [ 5 ] Эти устойчивые сообщества в почве и воде известны как резервуары, из которых устойчивость может передаваться патогенным бактериям. [ 12 ] Метагеномное секвенирование и сборка на основе короткого считывания выявили обмен генами устойчивости к антибиотикам между непатогенными почвенными бактериями окружающей среды и клиническими патогенами. [ 13 ] Части почвенных бактерий идеально соответствуют идентичности нескольких различных человеческих патогенов и содержат кассеты устойчивости к пяти классам антибиотиков . [ 13 ] Эти кассеты устойчивости также содержат последовательности, которые отражают недавний горизонтальный перенос генов и обеспечивают 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 своего первоначального хозяина, что подчеркивает их совместимость с широким кругом хозяев, включая патогены. [ 13 ] Интересно, что высокая консервативность идентичности генов устойчивости также наблюдалась в микробиоме кишечника человека. [ 13 ] Хотя среднее сходство аминокислот между микробиотой кишечника человека и резистентными 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 клинические патогены связаны между собой. [ 13 ] Однако следует отметить, что риск передачи не может быть просто экстраполирован на основе обилия резистомных генов в популяции, и для полного понимания возникающих рисков следует рассмотреть возможность многогранного подхода к анализу риска. [ 12 ] Например, было замечено, что мобильность генов, устойчивых 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 эту среду 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 передает бактерии другим людям, поэтому существует несколько способов, которыми устойчивые к антибиотикам бактерии в микробиоме полости рта могут легко передать свои гены устойчивости другим людям. , потенциально патогенные бактериальные сообщества. [ 10 ] Кроме того, было замечено, что почвенные и патогенные резистомы не различаются, поэтому важно понимать устойчивость к окружающей среде в водных и других средах с высокой вероятностью взаимодействия патогенов человека. [ 13 ] гиперрезистентной к антибиотикам, У Pseudomonas aeruginosa, стресс окружающей среды является ключом к экспрессии ее резистома; Внутренние, приобретенные и адаптивные формы резистентной экспрессии генов возникают под разным давлением окружающей среды и приводят к серьезным проблемам в разработке эффективных методов лечения. [ 15 ]
Наше понимание того, как люди создают дополнительное положительное избирательное давление для устойчивости к антибиотикам в доклинических условиях, сейчас важно как никогда. [ 4 ] [ 5 ] Рост устойчивости к антибиотикам серьезно снизил эффективность антибиотиков, что создает серьезные основания для беспокойства в сфере разработки лекарств и поддержания общественного здравоохранения. [ 9 ] Изготовленные человеком антибиотики не являются единственным источником устойчивости к антибиотикам в дикой природе, поскольку антибиотики присутствуют в различных концентрациях и действуют как защитные и сигнальные механизмы, естественным образом отбирая устойчивость к антибиотикам 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 прогнозировать устойчивость к антибиотикам и реагировать на нее в клинических условиях. [ 6 ] Анализ данных метагеномных последовательностей является полезным инструментом для понимания того, как воздействие человека влияет на распространение генов устойчивости. [ 13 ] Результатом попадания в окружающую среду высоких доз искусственных антибиотиков является усиление устойчивости к антибиотикам даже при отсутствии естественного производства антибиотиков. [ 4 ] Вторичные стрессовые условия, такие как загрязнение тяжелыми металлами, вызывают более высокий уровень ГПГ как реакцию на стресс, что также, вероятно, способствует распространению генов, устойчивых к антибиотикам. [ 6 ] Кроме того, быстрый рост численности населения без адекватной очистки сточных вод увеличивает вероятность контакта патогенов человека с бактериями, устойчивыми к окружающей среде. [ 6 ] поэтому важно рассматривать очистку сточных вод как источник ТПГ. [ 10 ]
Устойчивость к инфекциям
[ редактировать ]Резистом также относится к унаследованному набору генов, используемых для сопротивления инфекциям. [ 3 ] [ 2 ] Эту концепцию также называют врожденным иммунитетом , а гены устойчивости внутри резистома обеспечивают различные функции иммунного ответа и дифференциально транскрибируются. [ 3 ] Интересно, что в одном исследовании Arabidopsis thaliana активированные участки хромосомы, обеспечивающие устойчивость как к бактериям, так и к вирусам, сгруппированы вместе, что, вероятно, означает, что они совместно регулируются. [ 3 ]
Сравнение различных мутаций в зародышевой линии можно использовать, чтобы помочь определить размер и положение резистома — этого набора генов, обеспечивающих наследственный иммунный ответ. [ 2 ] Из-за мутации возник «универсальный резистом», набор генов устойчивости, общий для всех мышей, аналогичный концепции панмикробиома. [ 16 ] вероятно, чрезвычайно мал. [ 2 ]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Райт, Джерард Д. (март 2007 г.). «Антибиотик-резистом: связь химического и генетического разнообразия» . Обзоры природы Микробиология . 5 (3): 175–186. дои : 10.1038/nrmicro1614 . ISSN 1740-1526 . ПМИД 17277795 . S2CID 6820908 .
- ^ Jump up to: а б с д Бейтлер Б., Кроза К., Козиол Дж.А., Джорджель П. (февраль 2005 г.). «Генетическое вскрытие врожденного иммунитета к инфекции: модель цитомегаловируса мыши». Современное мнение в иммунологии . 17 (1): 36–43. дои : 10.1016/j.coi.2004.11.004 . ПМИД 15653308 .
- ^ Jump up to: а б с д Марат Р., Гуан З., Анандалакшми Р., Чжао Х., Динеш-Кумар С.П. (июль 2004 г.). «Исследование резистома Arabidopsis thaliana в ответ на заражение вирусом мозаики огурца с использованием полногеномного микрочипа». Молекулярная биология растений . 55 (4): 501–20. дои : 10.1007/s11103-004-0439-0 . ПМИД 15604696 . S2CID 7460917 .
- ^ Jump up to: а б с д и ж г Д'Коста В.М., Макгранн К.М., Хьюз Д.В., Райт Г.Д. (январь 2006 г.). «Отбор проб резистома к антибиотику». Наука . 311 (5759): 374–7. Бибкод : 2006Sci...311..374D . дои : 10.1126/science.1120800 . ПМИД 16424339 . S2CID 14411188 .
- ^ Jump up to: а б с д Диас МФ, да Роша Фернандес Г, Кристина де Пайва М, Кристина де Матос Салим А, Сантос А.Б., Амарал Насименту А.М. (май 2020 г.). «Изучение резистома, вирулома и микробиома питьевой воды в экологических и клинических условиях». Исследования воды . 174 : 115630. Бибкод : 2020WatRe.17415630D . дои : 10.1016/j.watres.2020.115630 . ПМИД 32105997 . S2CID 211556937 .
- ^ Jump up to: а б с д и Мартинес Х.Л. (июль 2008 г.). «Антибиотики и гены устойчивости к антибиотикам в естественной среде». Наука . 321 (5887): 365–7. Бибкод : 2008Sci...321..365M . дои : 10.1126/science.1159483 . ПМИД 18635792 . S2CID 38529155 .
- ^ Jump up to: а б с д и МакАртур А.Г., Ваглехнер Н., Низам Ф., Ян А., Азад М.А., Бэйли А.Дж. и др. (июль 2013 г.). «Полная база данных устойчивости к антибиотикам» . Антимикробные средства и химиотерапия . 57 (7): 3348–57. дои : 10.1128/AAC.00419-13 . ПМЦ 3697360 . ПМИД 23650175 .
- ^ Jump up to: а б Манайя С.М., Роча Дж., Скачча Н., Марано Р., Раду Э., Бьянкулло Ф. и др. (июнь 2018 г.). «Устойчивость к антибиотикам на очистных сооружениях: борьба с черным ящиком». Интернационал окружающей среды . 115 : 312–324. Бибкод : 2018EnInt.115..312M . дои : 10.1016/j.envint.2018.03.044 . ПМИД 29626693 . S2CID 4686577 .
- ^ Jump up to: а б с Браун Э.Д., Райт Г.Д. (январь 2016 г.). «Открытие антибактериальных препаратов в эпоху резистентности» . Природа . 529 (7586): 336–43. Бибкод : 2016Natur.529..336B . дои : 10.1038/nature17042 . ПМИД 26791724 . S2CID 4401156 .
- ^ Jump up to: а б с Диас-Торрес М.Л., Вильдье А., Хант Н., Макнаб Р., Спратт Д.А., Аллан Э. и др. (май 2006 г.). «Определение потенциала устойчивости к антибиотикам местной микробиоты полости рта человека с использованием метагеномного подхода» . Письма FEMS по микробиологии . 258 (2): 257–62. дои : 10.1111/j.1574-6968.2006.00221.x . ПМИД 16640582 .
- ^ Куадра, Рафаэль Р.К.; 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 океанов TARA» . ГигаСайенс . 9 (5). doi : 10.1093/gigascience/giaa046 . ISSN 2047-217X . ПМЦ 7213576 . ПМИД 32391909 .
- ^ Jump up to: а б Манайя 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. дои : 10.1016/j.tim.2016.11.014 . ПМИД 28012687 .
- ^ Jump up to: а б с д и ж г час Форсберг К.Дж., Рейес А., Ван Б., Селлек Э.М., Соммер М.О., Дантас Г. (август 2012 г.). «Общий антибиотикорезистом почвенных бактерий и патогенов человека» . Наука . 337 (6098): 1107–11. Бибкод : 2012Sci...337.1107F . дои : 10.1126/science.1220761 . ПМК 4070369 . ПМИД 22936781 .
- ^ Форсберг К.Дж., Патель С., Гибсон М.К., Лаубер К.Л., Найт Р., Фирер Н., Дантас Г. (май 2014 г.). «Бактериальная филогения структурирует резистомы почвы в разных средах обитания» . Природа . 509 (7502): 612–6. Бибкод : 2014Natur.509..612F . дои : 10.1038/nature13377 . ПМК 4079543 . ПМИД 24847883 .
- ^ Брейденштайн Э.Б., де ла Фуэнте-Нуньес К., Хэнкок Р.Э. (август 2011 г.). «Pseudomonas aeruginosa: все дороги ведут к сопротивлению». Тенденции в микробиологии . 19 (8): 419–26. дои : 10.1016/j.tim.2011.04.005 . ПМИД 21664819 .
- ^ Агирре де Карсер Д. (сентябрь 2018 г.). «Панмикробиом кишечника человека представляет собой композиционное ядро, образованное дискретными филогенетическими единицами» . Научные отчеты . 8 (1): 14069. Бибкод : 2018NatSR...814069A . дои : 10.1038/s41598-018-32221-8 . ПМК 6145917 . ПМИД 30232462 .