Ein internationales Forschungsteam hat wertvolle neue Informationen darüber geliefert, was die weltweite Verbreitung von Genen antreibt, die für die antimikrobielle Resistenz (AMR) in Bakterien verantwortlich sind.
Die gemeinsame Studie, die von Forschern des Quadram Institute und der University of East Anglia geleitet wurde, brachte Experten aus Frankreich, Kanada, Deutschland und dem Vereinigten Königreich zusammen und wird neue Informationen zur Bekämpfung der globalen Herausforderung von AMR liefern.
Durch die Untersuchung der gesamten Genomsequenzen von rund zweitausend resistenten Bakterien, überwiegend Escherichia coli, die zwischen 2008 und 2016 gesammelt wurden, fand das Team heraus, dass sich verschiedene Arten von AMR-Genen in ihrer zeitlichen Dynamik unterscheiden. Beispielsweise wurden einige ursprünglich in Nordamerika gefunden und nach Europa verbreitet, während bei anderen die Ausbreitung von Europa nach Nordamerika erfolgte.
Die Studie untersuchte nicht nur Bakterien aus verschiedenen geografischen Regionen, sondern auch von verschiedenen Wirten, darunter Menschen, Tiere, Lebensmittel (Fleisch) und die Umwelt (Abwasser), um zu definieren, wie diese separaten, aber miteinander verbundenen Faktoren die Entwicklung und Ausbreitung von AMR beeinflussten. Das Verständnis dieser Interkonnektivität verkörpert den One-Health-Ansatz und ist entscheidend für das Verständnis der Übertragungsdynamik und der Mechanismen, durch die Resistenzgene übertragen werden.
Die Studie, veröffentlicht in der Zeitschrift Naturkommunikation, wurde von der Joint Programming Initiative on Antimicrobial Resistance (JPIAMR), einer globalen Zusammenarbeit von 29 Ländern und der Europäischen Kommission, die die Aufgabe hat, das Blatt gegen AMR zu wenden, unterstützt. Ohne konzertierte Bemühungen auf globaler Ebene werden Antibiotikaresistenzen zweifellos weitere Millionen Menschen anfällig für Infektionen durch Bakterien und andere Mikroorganismen machen, die derzeit mit antimikrobiellen Mitteln bekämpft werden können.
Das Team konzentrierte sich auf die Resistenz gegen eine besonders wichtige Gruppe antimikrobieller Mittel, die Extended-Spectrum Cephalosporine (ESCs). Diese antimikrobiellen Mittel wurden von der Weltgesundheitsorganisation als äußerst wichtig eingestuft, da sie als letztes Mittel zur Behandlung von multiresistenten Bakterien dienen; Trotzdem hat die Wirksamkeit seit ihrer Einführung abgenommen, da Bakterien Resistenzen entwickelt haben.
Bakterien, die gegen ESCs resistent sind, erreichen dies durch die Produktion spezifischer Enzyme, sogenannte Beta-Laktamasen, die in der Lage sind, ESCs zu inaktivieren.
Die Anweisungen zur Herstellung dieser Enzyme sind in Genen codiert, insbesondere in zwei Schlüsseltypen von Genen: Extended-Spectrum-Beta-Lactamasen (ESBLs) und AmpC-Beta-Lactamasen (AmpCs).
Diese Gene können auf den Chromosomen von Bakterien gefunden werden, wo sie während der klonalen Vermehrung an die Nachkommen weitergegeben werden, oder in Plasmiden, bei denen es sich um kleine DNA-Moleküle handelt, die vom Hauptchromosom des Bakteriums getrennt sind. Plasmide sind mobil und können sich direkt zwischen einzelnen Bakterien bewegen, was einen alternativen Weg darstellt, genetisches Material auszutauschen.
Diese Studie identifizierte, wie sich einige Resistenzgene durch klonale Expansion besonders erfolgreicher bakterieller Subtypen vermehrten, während andere direkt auf epidemische Plasmide über verschiedene Wirte und Länder hinweg übertragen wurden.
Das Verständnis des Flusses genetischer Informationen innerhalb und zwischen Bakterienpopulationen ist der Schlüssel zum Verständnis der AMR-Übertragung und der globalen Ausbreitung von Resistenzen. Dieses Wissen wird zur Gestaltung dringend benötigter Interventionen beitragen, die AMR in der realen Welt stoppen können, wo Bakterien aus verschiedenen Wirten und Umweltnischen interagieren und wo internationale Reisen und Handel bedeuten, dass diese Interaktionen nicht durch die Geographie begrenzt sind.
Professor Alison Mather, Gruppenleiterin am Quadram Institute und der University of East Anglia, sagte: „Durch die Zusammenstellung einer so großen und vielfältigen Sammlung von Genomen konnten wir die Schlüsselgene identifizieren, die Resistenzen gegen diese äußerst wichtigen Medikamente verleihen. Das waren wir auch in der Lage zu zeigen, dass der Großteil der Resistenz gegen Cephalosporine mit erweitertem Spektrum nur von einer begrenzten Anzahl vorherrschender Plasmide und Bakterienlinien verbreitet wird; das Verständnis der Übertragungsmechanismen ist der Schlüssel zur Gestaltung von Interventionen zur Verringerung der Ausbreitung von AMR.“
Die Hauptautorin Dr. Roxana Zamudio sagte: „Antimikrobielle Resistenz ist ein globales Problem, und nur durch die Zusammenarbeit mit Partnern in mehreren Ländern können wir ein ganzheitliches Verständnis davon bekommen, wo und wie sich AMR ausbreitet.“
Mehr Informationen:
Dynamik von Cephalosporin-Resistenzgenen mit erweitertem Spektrum in Escherichia coli aus Europa und Nordamerika, Naturkommunikation (2022). DOI: 10.1038/s41467-022-34970-7