בלקבורג, וושינגטון -עמוק מתחת לנעלינו מסתתר שדה קרב מיקרוסקופי שבו חיידקים מנהלים מלחמה עם אנטיביוטיקה - ואולי הם מנצחים. חוקרים מווירג'יניה טק מצאו שהאדמה שאנחנו הולכים עליה היא הרבה יותר מסתם עפר; זוהי מערכת אקולוגית מורכבת המכילה קודים גנטיים זעירים שעלולים לסכן את יכולתנו להילחם בזיהומים קטלניים.
דמיינו את הגינה שלכם כמאגר נסתר של קטסטרופה רפואית פוטנציאלית. פרופסור Jingqiu Liao וצוות המחקר שלה חשפו כיצדיכול לשאת גנים עמידות לאנטיביוטיקה (ARG), הוראות מיקרוסקופיות המאפשרות לחיידקים לשרוד אנטיביוטיקה. גנים אלה הם כמו שרטוטים סודיים של נשק שניתן לחלוק במהירות בין מיני חיידקים שונים, וליצור רשת העברה מסוכנת ממש מתחת לאף שלנו.
החוקרים התאפסומונוציטוגנים, חיידק שוכן באדמה שיכול להיכנס לשרשרת המזון ולגרום למחלה שעלולה להיות קטלנית בשם ליסטריוזיס. עבור אנשים עם מערכת חיסונית מוחלשת, זיהום זה יכול להיות קטלני, כאשר שיעורי התמותה מגיעים ל-20 עד 30% מזעזע.
על ידי ניתוח של כמעט 600 גנומים של ליסטריה מדגימות קרקע ברחבי ארצות הברית, הצוות גילה כיצד גורמים סביבתיים משפיעים באופן דרמטי על התפשטות גנים עמידים לאנטיביוטיקה. הממצאים שלהם, שפורסמו בכתב העתתקשורת טבע, חשף כמה תובנות מפתיעות:
- נראה כי קרקעות עשירות באלומיניום מעודדות גנים מגוונים יותר של התנגדות, פוטנציאלית בגלל שהמתכת מדגישה חיידקים ומגבירה את הסיכוי שהם ישמרו על מנגנוני הישרדות.
- לעומת זאת, נראה כי קרקעות עשירות במגנזיום מפחיתות את מגוון הגנים על ידי הפחתת תחרות החיידקים.
- באזורים מיוערים יש יותר גנים של עמידות לאנטיביוטיקה, ככל הנראה בגלל חיות בר שמציגות את הווריאציות הגנטיות הללו.
המחקר הזה הוא יותר מתרגיל אקדמי. זוהי חקירה קריטית של איום בריאות עולמי הולך וגובר. על ידי הבנה כיצד מתפתחת עמידות לאנטיביוטיקה בסביבות תמימות לכאורה כמו אדמה, מדענים מקווים לפתח אסטרטגיות לשימורעבור הדורות הבאים.
"ביסוס הבנה בסיסית של המניעים האקולוגיים של חיידקים אלה באדמה יכולה לעזור לנו להבין טוב יותר את הופעתה, האבולוציה וההתפשטות של עמידות לאנטיביוטיקה", מדגיש ליאו. "זהו איום דחוף על בריאות הציבור העולמי."
ככל שהאנטיביוטיקה הופכת פחות יעילה, זיהומים נפוצים עלולים להפוך שוב לסכנת חיים. מחקר זה משמש תזכורת רבת עוצמה לכך שבריאות הסביבה שלנו קשורה קשר הדוק לרווחה הרפואית האנושית - ושהאדמה מתחת לרגלינו טומנת בחובה סודות שיכולים לקבוע את הישרדותנו.
סיכום נייר
מֵתוֹדוֹלוֹגִיָה
המחקר בדק 594 דיירי אדמהליסטריהגנומים שנאספו מסביבות טבעיות ברחבי ארצות הברית. חוקרים השתמשו ברצף גנום שלם כדי לזהות גנים של עמידות לאנטיביוטיקה (ARG) ב-19 מינים שלליסטריה. ARGs פונקציונליים הוגדרו ככאלה עם כיסוי רצף העולה על 80% וללא קודוני עצירה מוקדמים.
כדי לחקור את הקשר בין גורמים גנטיים וסביבתיים, החוקרים זיווגו את נתוני הגנום עם מידע סביבתי, כולל תכונות קרקע, שימוש בקרקע ומיקום גיאוגרפי. טכניקות אנליטיות מתקדמות, כגון ניתוח פילוגנטי ולמידת מכונה, הופעלו כדי לחקור את התפקיד של העברת גנים אופקית (HGT) - בתיווך בעיקר על ידי טרנספורמציה - וברירה סביבתית באבולוציה של ARG.
תוצאות מפתח
המחקר זיהה חמישה ARGs פונקציונליים: lin, mprF, sul, fosX ו-norB, שנמצאו בעיקר במינים הקשורים בקשר הדוקליסטריה מונוציטוגן. גנים אלו מספקים עמידות לאנטיביוטיקה כגון לינקומיצין, דפנסינים ופוספומיצין. העושר של ARGs הושפע מאוד מגורמים סביבתיים, כולל תכונות קרקע כמו רמות אלומיניום ומגנזיום ודפוסי שימוש בקרקע כגון כיסוי יער.
העברת גנים אופקית, שהקלה במידה רבה על ידי טרנספורמציה, מילאה תפקיד קריטי בהפצת ARGs על פני מינים, בעוד שמנגנונים אחרים כמו טרנסדוקציה וצימוד נמצאו פחות משמעותיים. מבחינה גיאוגרפית, שכיחות ARG הייתה גבוהה יותר במזרח ארצות הברית, דפוס המונע על ידי נוכחות שלל. מונוציטוגניםומינים אחרים בעלי עושר ARG גבוה.
מגבלות לימוד
ההסתמכות של המחקר על ריצוף גנום ומודלים חישוביים עשויה שלא ללכוד באופן מלא העברת גנים בזמן אמת או אינטראקציות סביבתיות מורכבות. למרות שהעברת גנים אופקית הייתה מעורבת כמנגנון משמעותי, המסלולים המדויקים - במיוחד אלה הכוללים טרנספורמציה - דורשים אימות ניסיוני נוסף.
בנוסף, ההתמקדות הגיאוגרפית של המחקר בארצות הברית מגבילה את יכולת ההכללה של ממצאים לאזורים עם תנאים סביבתיים שונים. היעדר נתונים ממאגרים אחרים, כמו מים או בעלי חיים, מגביל עוד יותר את היקף מסקנות המחקר.
דיון והנחות
הממצאים מדגישים את התפקיד המשמעותי של סביבות קרקע באבולוציה והפצה של גנים העמידות לאנטיביוטיקה.Listeria sensu strictoמינים, אשר קשורים קשר הדוק לפתוגנים כמול. מונוציטוגנים, הפגין עושר גבוה יותר של ARG, דבר המצביע על יתרונות סלקטיביים בתנאים סביבתיים ספציפיים. תכונות הקרקע, כגון תכולת מתכת ודפוסי שימוש בקרקע, הופיעו כמניעים מרכזיים של מגוון ARG.
תובנות אלו מדגישות את החשיבות של ניטור מערכות אקולוגיות בקרקע כמאגרים של עמידות לאנטיביוטיקה, במיוחד באזורים המושפעים משינויים סביבתיים טבעיים או שנגרמו על ידי אדם. המחקר מדגיש כי התמודדות עם עמידות לאנטיביוטיקה דורשת גישה רחבה יותר המתחשבת בתרומות סביבתיות לצד מקורות קליניים וחקלאיים.
מימון וגילויים
המחקר מומן ונערך על ידי מחלקות שונות בווירג'יניה טק, כולל המחלקה להנדסה אזרחית וסביבתית והמרכז לפתוגנים מתעוררים זואונוטיים ופתוגנים הנישאים בפרוקי רגליים. לא נחשפו ניגודי אינטרסים או הטיות על ידי המחברים.
