Undersøgelse afslører foruroligende antibiotikaresistens mod flere lægemidler i fjerntliggende arktiske jordmikrober

En geologs arbejde fra University of Kansas i det fjerne højarktiske Norge har afsløret den overraskende globale spredning af antibiotikaresistente mikrober – inklusive multidrug-resistente "superbugs" – som kan have alvorlige konsekvenser for menneskers sundhed verden over.

Jennifer Roberts, professor og formand for geologi ved KU, begyndte med at undersøge den mikrobielle geokemi af optøning af permafrost og frigivelse af metan, en kraftig drivhusgas, der fremskynder de globale klimaændringer.

Men opfølgende analyse af de jordprøver Roberts indsamlede i Kongsfjorden på Svalbard, Norge, viste også, at antibiotika-resistente gener er blevet overført til jord-mikrobe-populationer på et af Jordens fjerneste steder. Resultaterne af Roberts og et internationalt hold af kolleger fra Storbritannien og Kina er netop offentliggjort i det peer-reviewede tidsskrift Miljø International .

"Undersøgelsen gav en god mulighed for at teste jordprøver for antibiotikagener med den hypotese, at Svalbard var et så fjerntliggende og isoleret sted, vi ville ikke finde noget bevis på sådanne gener, "Sagde Roberts." I modsætning hertil var vi fandt en del, herunder superbug-antibiotikaresistente gener som New Delhi-genet, som først dukkede op i Indien for ikke så længe siden. Dette var en overraskelse - de gener, vi fandt, havde tydeligvis en kort overførselstid mellem de blev opdaget i Indien, og vores gruppe opdagede dem i Arktis kun et par år senere."

Forskerholdet sekventerede genetisk DNA fra 40 prøver af jord på otte steder på Svalbard, at finde 131 antibiotika-resistente gener. Et fundet antibiotika-resistent gen kaldes blaNDM-1. Oprindeligt opdaget i New Delhi i 2007, genet udløser resistens over for carbapenem-antibiotika - et sidste middel mod infektionssygdomme, der ellers ikke kan behandles. Den påviste spredning af blaNDM-1, i særdeleshed, er meget bekymrende, henleder opmærksomheden på den stigende krise med global antibiotikaresistens.

Forskerne siger, at de antibiotika-resistente gener kun kunne have taget nogle få veje til Arktis.

"De stammer sandsynligvis fra patogener, der blev udsat flere gange for forskellige typer antibiotika - det er sådan, vi får disse akut antibiotika-resistente stammer, hvor de fortsætter selv på trods af brugen af ​​'sidste udvej'-behandlinger, "Roberts sagde." Nogle af de steder, hvor vi fandt genstammen i New Delhi, er ikke voldsomt langt fra hovedforskningsbasen, så der er en mulighed, der var involveret menneskeligt affald. Vi observerede også kolonier af rugende fugle på lavtliggende steder, som små søer og andre kilder til åbent vand under maksimal optøning, og det var der, vi så de højeste koncentrationer af disse gener. Vi opdagede dem også på steder, der ikke havde åbent vand, men som havde en masse små dyr som ræve, og du kan spore en vektor mellem et vandhul eller en lille sø, hvor du har masser af fugle og små pattedyr til at drikke og så opfanger de gener, der er der."

Roberts, hvis forskningsekspertise er inden for hydrokemi og mikrobiel geokemi, arbejdet på at udvikle et benchmark for antibiotikaresistente gener, der naturligt findes på Svalbard, så holdet kunne skelne dem fra "fremmede" multiresistente gener, der overføres til Arktis fra regioner, hvor antibiotika bruges i mennesker og dyr til behandling af sygdomme.

"Fordi migrationen af ​​disse gener er af så stor bekymring, næste spørgsmål bliver, 'Er disse antibiotikaresistente gener native-eller blev de overført?' "Sagde hun." Min rolle var at bruge bevislinjer i vores forskning for at hjælpe os med at være klar over, hvad der var et indfødt gen, der udviklede sig i jorden, og hvad der var hentet fra andre kilder. Det gjorde vi ved at se på næringsforsyninger i jorden, som er meget, meget lav i disse arktiske jorder. Vi var derefter i stand til at forbinde de antibiotika-resistente gener til, hvad der ser ud til at være en ny kilde til fosfat, der bringes ind udefra - og den mest sandsynlige kilde til fosfat er afføring, enten i menneskeligt spildevand eller, mere end sandsynligt, fugl guano. "

Ifølge Roberts, antibiotikaresistens rejste mellem mikrober via "lateral genoverførsel". I denne proces, patogener rejser ind i vandet gennem afføring, dør og frigiver store mængder frit genetisk materiale til vandet. Dette genetiske materiale nedbrydes ikke let, med det resultat, at andre organismer ender med at opfange generne - såvel som deres resistens.

"Det er ikke sådan, at vi har en form for robust samfund af E. coli eller andre patogener, der lever i overfladevandene i Arktis, " sagde Roberts. "I stedet, nogle antibiotika-resistente patogener blev bragt ind fra eksterne kilder - og nu, hvor resistens er blevet spredt, da gener opsamles af andre organismer, der allerede var folkerige i miljøet."

Roberts sagde, at holdets opdagelse viser, at multidrug antibiotikaresistens nu er global af natur.

”Vi skal huske, at vi fik antibiotika, som penicillin, fra jordmikroorganismer til at begynde med, " sagde hun. "Mikroorganismer har brugt resistensevner til at overvinde immuniteter i miljøet i lang tid, producere antibiotika-resistente gener, der betragtes som naturlige og indfødte. Men med brugen af ​​fremstillede antibiotika til mennesker og dyr over hele verden, vi har set en hurtig udvikling af resistente gener. Vi fandt både native og udviklede antibiotika-resistente gener i Arktis. Bekymringen er, at med spredning af modstand i denne skala, Vi nærmer os måske en post-antibiotika-æra, hvor ingen af ​​vores antibiotika virker, fordi de patogener, vi forsøger at bekæmpe, har opfanget resistente gener via evolution eller lateral overførsel."

Roberts sagde, at holdets resultater viser vigtigheden af ​​mere omhyggelig forvaltning af antibiotikabrug og behovet for bedre behandling af spildevand rundt om i verden.

"Vores menneskers og dyrs brug af antibiotika kan have konsekvenser, der ligger uden for os selv og ud over vores lokalsamfund - de er globale, " sagde hun. "Det er virkelig vigtigt for os at begynde at tænke på vandsystemstyring og antibiotikabrug på måder, der er globale - og begynde at reducere og kontrollere noget af spredningen, der tydeligvis ikke er kontrolleret i øjeblikket."