Enkeltcellede værktøjer giver indsigt i aktiv antibiotikaresistom i jord

Jordens antimikrobielle resistens (AMR) udgør stigende sundhedsrisici på grund af mulig overførsel til mennesker gennem direkte kontakt og gennem fødekæden. Jordbunds-AMR-undersøgelser har dog hovedsageligt stolet på miljø-DNA, der kunne komme fra døde/dominante celler og ekstracellulært DNA, hvilket fører til potentiel overvurdering af AMR og associerede risici, fordi langt de fleste jordmikrober endnu ikke er dyrket. Aktive antibiotika-resistente bakterier (ARB) i jord spiller en afgørende rolle i at drive AMR-spredning, men er ikke godt forstået.

I en undersøgelse offentliggjort i PNAS , rapporterede et forskerhold ledet af prof. Zhu Yongguan og prof. Cui Li fra Institut for Bymiljø ved Det Kinesiske Videnskabsakademi et nyt enkeltcellet funktionelt værktøj, der inkorporerer enkeltcellet Raman-isotop-sondering, enkeltcellesortering og målrettet metagenomik til at screene og sekventere aktiv ARB i hjemmehørende jord.

"Hvis du kender dig selv og din fjende, kan du udkæmpe kampe uden nederlag. Det er derfor et presserende behov for at forstå den sande AMR-risiko i jord," sagde prof. Zhu.

Baseret på de forskellige aktiviteter af jordmikroorganismer over for tungt vand under antibiotikabehandlinger, blev aktiv ARB i jord direkte påvist på en kulturuafhængig måde. Forskerne optimerede og validerede metodens generaliserbarhed og nøjagtighed på tværs af forskellige jordarter og antibiotika.

Ved hjælp af denne metode blev procentdelen og aktiviteten af ​​ARB i jord kvantificeret, og en klar stigning med menneskelig aktivitet blev afsløret. I betragtning af den vigtige rolle, som meget metabolisk aktiv ARB spiller i overførsel af AMR, foreslog forskerne at bruge fænotypisk resistensniveau som en ny parameter til AMR-risikovurdering, der overvinder det langvarige problem, hvor AMR-risikovurdering kun er afhængig af genetisk information, men mangler fænotypisk information.

"Selvom hverken genomiske data eller fysiologiske undersøgelser af bakterieisolater pålideligt kan forudsige den aktive ARB i jord, kan encellede funktionelle værktøjer give en god løsning på dette problem," sagde prof. Cui.

Den mest aktive ARB i jord blev yderligere udvalgt én efter én til nedstrøms målrettet metagenomisk sekventering. Mikrobiel identitet, antibiotikaresistensgener (ARG'er), virulensfaktorgener (VFG'er) og mobile genetiske elementer (MGE'er) båret af den aktive ARB blev alle dechiffreret og pegede på "hvem der gør hvad og hvordan."

Adskillige udyrkede bakterier, der huser flere ARG'er, blev identificeret, hvilket viser, at de er vigtige bidragydere til jordfænotypisk resistens. Det skal bemærkes, at en type ARB fundet i jord blev rangeret som højrisiko, fordi det er et meget aktivt patogen, der bærer ARG'er på MGE'er. "Opdagelsen af ​​det meget aktive antibiotika-resistente patogen i jord rejser en alarm for et presserende behov for kontrolteknologier," sagde prof. Zhu.

Dette arbejde fremmer forståelsen af ​​aktiv ARB i miljøet, et emne, som hidtil stort set er blevet overset. Den udviklede enkeltcelletilgang, der forbinder resistensfænomer til genomer, kan også let anvendes på andre økosystemer. + Udforsk yderligere

Regnorme kunne hjælpe med at reducere antibiotikaresistensgener i jorden