Wie wir mehr antimikrobielle resistente Bakterien in unseren Gewässern erkennen können

Antimikrobielle Resistenzen (AMR) in Wasserstraßen liegen vor eine kritische Bedrohung. Wenn häufig verwendete Antibiotika als nutzlos erachtet werden, könnten jahrzehntelange Fortschritte in der Humanmedizin und der Landwirtschaft zunichte gemacht werden.

Bis 2050 könnte AMR jährlich 10 Millionen Todesfälle verursachen UN-Umweltprogramm. Aber AMR ist nicht nur ein Problem der menschlichen Gesundheit. Es trägt auch zu einer Verschlechterung der Wasserqualität bei und wird durch Wasserverschmutzung, insbesondere durch Quellen wie Abwasser und landwirtschaftliche Abwässer, verschärft. Es handelt sich also um ein erhebliches Umweltproblem mit weitreichenden Auswirkungen.

Die Bekämpfung antimikrobieller Resistenzen im Wasser stellt eine Herausforderung dar, da Wassersysteme komplex sind und viele verschiedene Arten resistenter Bakterien beherbergen können. Der Mangel an effizienten, skalierbaren und weltweit zugänglichen Methoden zur Überwachung antimikrobieller Resistenzen im Wasser erschwert die Eindämmung dieser wachsenden Bedrohung.

Ich habe kürzlich eine Rezension in der veröffentlicht Nachhaltige Mikrobiologie Zeitschrift Darin werden wichtige Trends bei AMR-Erkennungsmethoden identifiziert und erhebliche Lücken aufgezeigt.

Flüsse, Seen und Abwassersysteme auf der ganzen Welt fungieren als Reservoire und Wege für resistente Superbakterien und ihre Gene, wodurch sich AMR über Ökosysteme ausbreiten und Wildtiere, Landwirtschaft und menschliche Bevölkerungen beeinträchtigen können. Flusswasser ist die am häufigsten untersuchte Quelle für Wasserproben und macht 42 % der Forschungsstudien zu AMR aus. Andere Wasserquellen, darunter Seen und Abwasser, könnten ebenfalls eine Schlüsselrolle bei der Verbreitung resistenter Gene spielen, werden aber ohne detaillierte Analyse weiterhin missverstanden.

Die meisten AMR-Forschungen kommen aus drei Ländern: den USA (17 %), China (10 %) und Brasilien (9 %). Dies zeigt, wo der Schwerpunkt liegt, aber viele andere Regionen, insbesondere Länder mit niedrigem Einkommen, sind nicht gut untersucht. Dies ist besorgniserregend, da AMR in diesen Bereichen möglicherweise noch schwerwiegender ist, es fehlen jedoch Daten.

Um AMR zu erkennen, nutzen Wissenschaftler vor allem zwei fortschrittliche molekulare Methoden: Polymerase-Kettenreaktion (PCR) (in 57 % der Studien verwendet) und Metagenomik (27 %), neben traditionellen kulturbasierten Methoden, bei denen Bakterien im Labor gezüchtet werden.

Kulturbasierte Methoden sind einfacher und kostengünstiger als molekulare Methoden, können jedoch nicht vor Ort angewendet werden. Sie können auch keine toten Bakterien oder versteckten Resistenzgene erkennen.

PCR amplifiziert spezifische DNA-Sequenzen zum Nachweis und kann zur Identifizierung spezifischer Bakterien verwendet werden. Metagenomik ist eine Technik, die das gesamte genetische Material ganzer mikrobieller Gemeinschaften innerhalb einer Probe analysiert und so eine breitere Perspektive bietet.

Diese fortschrittlichen Methoden eignen sich besser zur Erkennung antimikrobieller Resistenzen in Flüssen, Seen und Ozeanen. Sie können sowohl bekannte als auch neue Arten von Resistenzen finden, was sie für eine gründliche Überwachung nützlicher macht.

In Brasilienverwendeten Wissenschaftler die Metagenomik, um nach allen verschiedenen Resistenzgenen zu suchen, die in Wasserstraßen verschiedener Städte vorhanden sind. Mit dieser Technik können Resistenzmuster erkannt werden, die bei herkömmlichen Tests nicht möglich sind.

Obwohl diese Methoden zeitaufwändig und kompliziert sind (da sie spezielle Ausrüstung und geschultes Personal erfordern) und teuer sein können und Tausende von Euro kosten können, könnten sie in größerem Umfang eingesetzt werden, wenn finanzielle Mittel verfügbar sind. Dies würde dazu beitragen, Antibiotikaresistenzen auf der ganzen Welt zu verfolgen und sie leichter zu finden und zu bekämpfen.

Eine europaweite Studie zeigt, dass Kulturmethoden nicht alle Resistenzgene in kontaminierten Flusssystemen in 10 Ländern finden konnten, während fortgeschrittene metagenomische Techniken sie identifizieren konnten. Daher sind molekulare Werkzeuge von entscheidender Bedeutung, um das wahre Ausmaß der Antibiotikaresistenz zu verstehen.

Meine Rezension zeigt eine Verlagerung hin zu molekularen Techniken als Goldstandard für den AMR-Nachweis. Es verdeutlicht die Unzulänglichkeiten traditioneller kulturbasierter Methoden und die Notwendigkeit integrierter Ansätze, die molekulare Techniken wie PCR (zum Nachweis spezifischer Resistenzgene) mit Metagenomik (für eine umfassendere Analyse der mikrobiellen Gemeinschaft) kombinieren.

Abwasserüberwachungsprogramme könnten beispielsweise PCR verwenden, um wichtige Resistenzgene in Hotspots schnell zu identifizieren, und gleichzeitig Metagenomik einsetzen, um die Vielfalt resistenter Organismen abzubilden. Dies würde einen ausgewogeneren Ansatz bieten, der Kosten, Effizienz und Zugänglichkeit optimiert.

Ein hybrider Ansatz

Durch die Kartierung globaler Forschungsbemühungen habe ich unterrepräsentierte Regionen wie Afrika südlich der Sahara und Südostasien identifiziert. Ich habe auch festgestellt, dass bestimmte Wasserquellen unterrepräsentiert waren, insbesondere Flüsse in Ländern mit niedrigem Einkommen. Ohne eine gerechtere und umfassendere AMR-Überwachung werden diese nicht berücksichtigt.

Um die genaue AMR-Detektion für alle zugänglicher zu machen, sind Hybridansätze von entscheidender Bedeutung, die die umfassenden Nachweisfähigkeiten molekularer Methoden mit der Erschwinglichkeit kulturbasierter Methoden kombinieren.

Regierungen auf der ganzen Welt müssen Investitionen in Technologien Vorrang einräumen, die nicht nur wissenschaftlich fundiert, sondern auch wirtschaftlich rentabel sind, insbesondere für Länder mit niedrigem und mittlerem Einkommen.

Neue Methoden wie PCR und Metagenomik können uns helfen, die Ausbreitung von Arzneimittelresistenzen zu bekämpfen. Wenn wir diese Methoden billiger und benutzerfreundlicher machen können, könnten sie uns dabei helfen, das Abwasser besser zu verwalten, die weltweite Verfolgung von Arzneimittelresistenzen zu verbessern und Entscheidungen zu treffen, die sowohl Menschen als auch die Umwelt vor Superkeimen schützen.

Dieser Artikel wurde erneut veröffentlicht von Das Gespräch unter einer Creative Commons-Lizenz. Lesen Sie die Originalartikel.