Резистом - Resistome

В резистом был использован для описания двух похожих, но разных концепций:

  • Все устойчивость к антибиотикам гены в сообществах как патогенных, так и непатогенных бактерии.[1]
  • Все гены устойчивости в организме, как они передаются по наследству,[2] и как их уровни транскрипции меняются для защиты от патогенов, таких как вирусы и бактерии.[3]

Открытие и текущие данные

Резистом впервые был использован для описания способности бактерий сопротивляться эффективности 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 ограничивалось лабораторными условиями.[6] Повышенная доступность полногеномный и метагеномный Методы секвенирования нового поколения выявили значительные резервуары устойчивых к антибиотикам бактерий за пределами клинических условий.[4][7][8][9] Повторное тестирование почвенных метагеномов показало, что в городской, сельскохозяйственной и лесной среде спорообразующие почвенные бактерии проявляют устойчивость к большинству основных антибиотиков независимо от того, откуда они возникли.[4] В этом исследовании они наблюдали около 200 различных профилей устойчивости среди секвенированных бактерий, что указывает на разнообразный и устойчивый ответ на тестируемые антибиотики независимо от их бактериальной мишени, природного или синтетического происхождения.[4] Бактерии, устойчивые к антибиотикам, наблюдались через метагеномный обследования в неклинических условиях, например на водоочистных сооружениях[5][8] и человеческие микробиомы, такие как рот.[10] Теперь мы знаем, что резистентность к антибиотикам существует в каждой экологической нише на Земле, и последовательности из древней вечной мерзлоты показывают, что устойчивость к антибиотикам возникла примерно за тысячелетия до появления антибиотиков, синтезированных человеком.[9]

В Комплексная база данных по исследованиям антибиотиков (CARD) была создана для составления базы данных генов устойчивости на основе быстро доступных данных о геноме бактерий.[7] CARD - это сборник данных о последовательностях и идентификация генов устойчивости в неаннотированных последовательностях генома.[7] База данных »включает биоинформатические инструменты, позволяющие идентифицировать устойчивость к антибиотикам гены из данных о последовательности полного или частичного генома, включая неаннотированный сборку исходных последовательностей контиги ”.[7] Этот ресурс предназначен для лучшего понимания резистома и связывает наборы данных по здравоохранению, окружающей среде и сельскому хозяйству.[7]

Патогены человека

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 горизонтальный перенос генов (HGT) и различные возможности контакта между экологическими бактериями и патогенами человека.

В сообществах почвенных бактерий, устойчивых к антибиотикам, на мобильных генетических элементах были обнаружены гены, обеспечивающие устойчивость.[4] Аналогичным образом, при анализе сопротивления водоочистной станции плазмиды и другие белковые кодирующие мобильные генетические элементы присутствовали на всех уровнях фильтрации, и эти мобильные элементы несли гены устойчивости.[5] Эти устойчивые к почве и воде сообщества известны как резервуары, из которых устойчивость может передаваться патогенным бактериям.[11] Метагеномное секвенирование и сборка на основе короткого чтения выявили обмен генами устойчивости к антибиотикам между непатогенными почвенными бактериями окружающей среды и клиническими патогенами.[12] Части почвенных бактерий полностью соответствуют идентичности нескольких различных патогенов человека и обладают устойчивостью. кассеты против пяти классы антибиотиков.[12] Эти кассеты устойчивости также содержат последовательности, которые отражают недавний горизонтальный перенос генов и обеспечивают механизм того, как этот перенос произошел.[12] 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.[12] Интересно, что в микробиоме кишечника человека также наблюдалась высокая степень сохранения идентичности гена устойчивости.[12] Хотя среднее аминокислотное сходство между микробиотой кишечника человека и устойчивыми патогенами составляло всего от 30,2 до 45,5%, их гены устойчивости полностью совпадали с генами патогенных бактерий, что позволяет предположить, что резистомы желудочно-кишечного тракта человека, почвы и клинических патогенов связаны.[12] Однако следует отметить, что риск передачи не может быть просто экстраполирован на основе изобилия генов резистома в популяции, и следует рассмотреть многосторонний подход к анализу рисков, чтобы полностью понять связанные с этим риски.[11] Например, было обнаружено, что подвижность генов устойчивости к антибиотикам зависит от того, является ли популяция патогенной или нет, с сообществами патогенов, имеющими гораздо более высокие пропорции мобильных генетических элементов.[13]

Когда в окружающей среде присутствует устойчивость к антибиотикам, важно учитывать, как патогены человека взаимодействуют или интегрируются в эту среду и как там происходит обмен устойчивости 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 есть несколько способов для устойчивых к антибиотикам бактерий в микриобиоме полости рта легко передавать свои гены устойчивости другим людям. , потенциально патогенные бактериальные сообщества.[10] Кроме того, было обнаружено, что резистомы почвы и патогенных микроорганизмов не отличаются друг от друга, поэтому очень важно, чтобы мы понимали устойчивость окружающей среды в водной и других средах с высокой вероятностью взаимодействия патогенов человека.[12] В гиперантибиотикоустойчивых Синегнойная палочка стресс окружающей среды - ключ к выражению его резистома; внутренние, приобретенные и адаптивные формы экспрессии резистентных генов возникают при различных давлениях окружающей среды и приводят к серьезным проблемам при разработке эффективных методов лечения.[14]

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 области разработки лекарств и поддержания здоровья населения.[9] Антибиотики, произведенные человеком, не являются единственным источником давления устойчивости к антибиотикам в дикой природе, поскольку антибиотики присутствуют в различных концентрациях и действуют как защитные, так и сигнальные механизмы. выбор для устойчивости 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 прогнозировать устойчивость к антибиотикам и реагировать на них в клинических условиях.[6] Анализ данных метагеномной последовательности является полезным инструментом для понимания того, как воздействие человека влияет на распространение генов устойчивости.[12] Эффект от введения высоких уровней искусственных антибиотиков в окружающую среду заключается в усилении устойчивости к антибиотикам даже при отсутствии естественного производства антибиотиков.[4] Вторичные стрессовые условия, такие как загрязнение тяжелыми металлами, вызывают более высокий уровень HGT как стрессовую реакцию, что также, вероятно, способствует распространению генов устойчивости к антибиотикам.[6] Кроме того, быстрое увеличение численности населения без надлежащей очистки сточных вод увеличивает вероятность контакта патогенов человека с бактериями, переносящими резистентность окружающей среды,[6] поэтому важно рассматривать очистку сточных вод как источник HGT.[10]

Устойчивость к инфекциям

Резистом также относится к унаследованному набору генов, используемых для противодействия инфекциям.[3][2] Эта концепция также упоминается как врожденный иммунитет и гены устойчивости в резистоме обеспечивают различные функции иммунного ответа и по-разному транскрибируются.[3] Интересно, что в одном исследовании Arabidopsis thaliana, Активированные области хромосомы для устойчивости к бактериям и вирусам сгруппированы вместе, что, вероятно, означает, что они совместно регулируются.[3]

Сравнение различных мутаций в зародышевый может использоваться для определения размера и положения резистома, этого набора генов, обеспечивающих унаследованный иммунный ответ.[2] Из-за мутации «универсальный резистом», набор генов устойчивости, общих для всех мышей, подобно концепции пан-микробиома,[15] вероятно, очень мало.[2]

Рекомендации

  1. ^ Райт, Джерард Д. (март 2007 г.). «Резистом к антибиотикам: взаимосвязь химического и генетического разнообразия». Обзоры природы Микробиология. 5 (3): 175–186. Дои:10.1038 / nrmicro1614. ISSN  1740-1526.
  2. ^ а б c d Beutler B, Crozat K, Koziol JA, Georgel P (февраль 2005 г.). «Генетическое вскрытие врожденного иммунитета к инфекции: модель цитомегаловируса мыши». Текущее мнение в иммунологии. 17 (1): 36–43. Дои:10.1016 / j.coi.2004.11.004. PMID  15653308.
  3. ^ а б c d Марате Р., Гуан З., Анандалакшми Р., Чжао Х., Динеш-Кумар С.П. (июль 2004 г.). «Изучение резистома Arabidopsis thaliana в ответ на инфекцию вируса мозаики огурца с использованием микроматрицы полного генома». Молекулярная биология растений. 55 (4): 501–20. Дои:10.1007 / s11103-004-0439-0. PMID  15604696.
  4. ^ а б c d е ж грамм Д'Коста В.М., МакГранн К.М., Хьюз Д.В., Райт Г.Д. (январь 2006 г.). «Отбор проб резистома к антибиотикам». Наука. 311 (5759): 374–7. Дои:10.1126 / наука.1120800. PMID  16424339.
  5. ^ а б c d Диас М.Ф., да Роша Фернандес Г., Кристина де Пайва М., Кристина де Матос Салим А., Сантос А.Б., Амарал Насименто А.М. (май 2020 г.). «Изучение резистома, вирулома и микробиома питьевой воды в экологических и клинических условиях». Водные исследования. 174: 115630. Дои:10.1016 / j.watres.2020.115630. PMID  32105997.
  6. ^ а б c d е Мартинес JL (июль 2008 г.). «Антибиотики и гены устойчивости к антибиотикам в естественной среде». Наука. 321 (5887): 365–7. Дои:10.1126 / science.1159483. PMID  18635792.
  7. ^ а б c d е McArthur AG, Waglechner N, Nizam F, Yan A, Azad MA, Baylay AJ и др. (Июль 2013). «Полная база данных по устойчивости к антибиотикам». Противомикробные препараты и химиотерапия. 57 (7): 3348–57. Дои:10.1128 / AAC.00419-13. ЧВК  3697360. PMID  23650175.
  8. ^ а б Manaia CM, Rocha J, Scaccia N, Marano R, Radu E, Biancullo F и др. (Июнь 2018). «Устойчивость к антибиотикам на станциях очистки сточных вод: борьба с черным ящиком». Environment International. 115: 312–324. Дои:10.1016 / j.envint.2018.03.044. PMID  29626693.
  9. ^ а б c Браун Э.Д., Райт Г.Д. (январь 2016 г.). «Открытие антибактериальных препаратов в эпоху резистентности». Природа. 529 (7586): 336–43. Дои:10.1038 / природа17042. PMID  26791724.
  10. ^ а б c 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 о микробиологии FEMS. 258 (2): 257–62. Дои:10.1111 / j.1574-6968.2006.00221.x. PMID  16640582.
  11. ^ а б Manaia CM (март 2017 г.). «Оценка риска передачи устойчивости к антибиотикам из окружающей среды человеку: непрямая пропорциональность между изобилием и риском». Тенденции в микробиологии. 25 (3): 173–181. Дои:10.1016 / j.tim.2016.11.014. PMID  28012687.
  12. ^ а б c d е ж грамм час Форсберг К.Дж., Рейес А., Ван Б., Селлек Е.М., Соммер МО, Дантас Дж. (Август 2012 г.). «Общий антибиотикорезистом почвенных бактерий и патогенов человека». Наука. 337 (6098): 1107–11. Дои:10.1126 / наука.1220761. ЧВК  4070369. PMID  22936781.
  13. ^ Форсберг К.Дж., Патель С., Гибсон М.К., Лаубер К.Л., Найт Р., Фирер Н., Дантас Г. (май 2014 г.). «Бактериальная филогения структурирует устойчивость почвы во всех средах обитания». Природа. 509 (7502): 612–6. Дои:10.1038 / природа13377. ЧВК  4079543. PMID  24847883.
  14. ^ Брейденштейн Э.Б., де ла Фуэнте-Нуньес С., Ханкок РЭ (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. PMID  21664819.
  15. ^ Агирре де Карсер Д. (сентябрь 2018 г.). «Пан-микробиом кишечника человека представляет собой композиционное ядро, образованное дискретными филогенетическими единицами». Научные отчеты. 8 (1): 14069. Дои:10.1038 / s41598-018-32221-8. PMID  30232462.