Wissenschaftler der Universität Nottingham sind dem Verständnis, wie Bakterien wie E. coli und Salmonella enterica genetisches Material teilen, das sie resistent gegen Antibiotika macht, einen Schritt näher gekommen.
Antimikrobielle Resistenz (AMR), die Fähigkeit von Organismen, gegen die Behandlung mit Antibiotika und anderen antimikrobiellen Mitteln resistent zu sein, ist heute eines der bedrohlichsten Probleme weltweit. Tierhaltungsbetriebe, ihre Umgebung und aus der Tierhaltung erzeugte Nahrungsmittel werden als potenzielle Quellen resistenter Infektionen für Tiere und Menschen hervorgehoben.
In der Tierhaltung ist der Missbrauch und der übermäßige Einsatz von antimikrobiellen Breitbandmitteln, die zur Reduzierung von Produktionsverlusten verabreicht werden, ein wichtiger bekannter Faktor für die starke Zunahme und Verbreitung antimikrobieller Resistenzen.
In dieser neuesten Studie leisten Wissenschaftler einen wesentlichen Beitrag zum Nachweis, dass verschiedene Bakterienarten, die in derselben mikrobiellen Gemeinschaft (z. B. im Hühnerdarm) koexistieren, in der Lage sind, AMR-assoziiertes genetisches Material zu teilen und letztendlich ähnliches zu implementieren Widerstandsmechanismen. Die Entdeckung hat wichtige Auswirkungen, da sie unser Verständnis von AMR beeinflusst und weitere Herausforderungen für die Umsetzung von Lösungen zur Überwachung und Behandlung/Kontrolle mit sich bringt.
Diese Studie, veröffentlicht In Naturkommunikationuntersucht zwei wichtige Bakterien, die in Nutztieren vorkommen: Escherichia coli und Salmonella enterica, die beide ein hohes Maß an Arzneimittelresistenz aufweisen, in landwirtschaftlichen Betrieben häufig vorkommen, ein hohes Maß an Übertragbarkeit auf den Menschen aufweisen und Lebensmittelvergiftungen verursachen.
Die Forschung ist eine Zusammenarbeit zwischen Experten der Fakultät für Veterinärmedizin und Wissenschaft der Universität, dem China National Center for Food Safety Risk Assessment, New Hope Liuhe Group Ltd in China und Nimrod Veterinary Products Limited.
Dr. Tania Dottorini von der School of Veterinary Medicine and Science der University of Nottingham ist die leitende Forscherin der Studie. Sie sagte: „Diese Bakterienarten können genetisches Material sowohl innerhalb als auch möglicherweise zwischen Arten teilen, eine Art und Weise, auf die AMR verbreitet wird. Deshalb ist es wichtig zu verstehen, inwieweit diese Bakterien in derselben Umgebung und, was noch wichtiger ist, im selben Wirt vorkommen. sich gemeinsam weiterentwickeln und ihr Genom teilen können, könnten zur Entwicklung und effizienteren Behandlungen zur Bekämpfung antimikrobieller Resistenzen beitragen.“
Das Team sammelte über einen Zeitraum von zweieinhalb Jahren 661 E. coli- und Salmonella-Bakterienisolate von Hühnern und ihrer Umgebung in zehn chinesischen Hühnerfarmen und vier Schlachthöfen. Sie führten eine groß angelegte Analyse unter Verwendung herkömmlicher mikrobiologischer DNA-Sequenzierungs- und Data-Mining-Methoden durch, die auf maschinellem Lernen basieren.
Dies ist die erste Studie dieser Art, bei der der Genomgehalt zweier Bakterienarten in so großem Maßstab anhand von Proben charakterisiert wird, die von denselben Tieren, zur gleichen Zeit und in realen Umgebungen (Bauernhöfen und Schlachthöfen) gesammelt wurden. Die Hauptergebnisse deuten darauf hin, dass E. coli und Salmonella enterica, die im Hühnerdarm nebeneinander vorkommen, im Vergleich zu isoliert vorkommenden E. coli einen höheren Anteil an AMR-bezogenem genetischem Material aufweisen, ähnlichere Resistenz- und Stoffwechselmechanismen implementieren und wahrscheinlich das Ergebnis sind eines stärkeren Koevolutionspfades.
Dr. Dottorini sagt: „Das Aufkommen und die Ausbreitung von AMR in der Viehhaltung ist ein komplexes Phänomen, das aus einem verflochtenen Netzwerk von Interaktionen entsteht, die auf mehreren räumlichen und zeitlichen Ebenen stattfinden und den Austausch zwischen Bakterien, Tieren und Menschen über eine Vielzahl miteinander verbundener mikrobieller Umgebungen beinhalten.“
„Investitionen in Data-Mining- und maschinelle Lerntechnologien, die mit großen, heterogenen Daten umgehen können, sind für die Untersuchung von AMR von entscheidender Bedeutung, insbesondere wenn man das Zusammenspiel zwischen zusammenlebenden Bakterien berücksichtigt, insbesondere in ökologischen Umgebungen, in denen es zu einer gemeinschaftsgesteuerten Resistenzselektion kommt.“
„Insgesamt hat diese Arbeit auch gezeigt, dass die Untersuchung einzelner Bakterienarten isoliert betrachtet möglicherweise kein ausreichend umfassendes Bild oder die Mechanismen liefert, die der Entstehung und Ausbreitung von AMR in der Nutztierhaltung zugrunde liegen, was möglicherweise zu einer Unterschätzung der Bedrohung für die menschliche Gesundheit führt.“ „
Mehr Informationen:
Michelle Baker et al., Konvergenz von Resistenzen und evolutionären Reaktionen bei Escherichia coli und Salmonella enterica, die gemeinsam auf Hühnerfarmen in China leben, Naturkommunikation (2024). DOI: 10.1038/s41467-023-44272-1