Internationale reizigers gaan vaak naar huis met nieuwe bacteriestammen,

Zelfs vóór de COVID-19-pandemie, we wisten dat internationaal reizen bijdroeg aan de snelle wereldwijde toename en verspreiding van antimicrobiële resistentie. Maar wat hier nieuw is, is dat we talloze volledig nieuwe genen hebben gevonden die verband houden met antimicrobiële resistentie die wijzen op een zorgwekkend probleem aan de horizon ."

Alaric D'Souza, MD/PhD-student, Studie co-eerste auteur, Universiteit van Washington

De studie werd op 6 juni gepubliceerd in Genoomgeneeskunde

Het onderzoek bevestigt dat internationale reizigers vaak naar huis terugkeren met een onverwachte overvloed aan nieuwe bacteriestammen die strijden om een ​​plaats tussen de duizenden die zich normaal in het darmmicrobioom bevinden.

Armoede, slechte sanitaire voorzieningen en veranderende landbouwpraktijken hebben veel mensen met een laag inkomen, ontwikkelende regio's tot hotspots voor ziekten die door bacteriën worden verspreid, waaronder infecties die in toenemende mate resistent zijn tegen een reeks antibiotische medicamenteuze behandelingen.

Door de hoge bevolkingsdichtheid kunnen deze bacteriën gemakkelijk worden gedeeld met omwonenden en reizigers door blootstelling aan besmet drinkwater en voedsel, of slecht gedesinfecteerde toiletten, restaurants, hotelkamers en openbaar vervoer. Weer thuis, reizigers lopen het risico deze nieuwe bacteriën op familie over te dragen, vrienden en andere buurtbewoners.

Het onderzoek, uitgevoerd met de Universiteit Maastricht in Nederland, betrokken bij het analyseren van bacteriële gemeenschappen in het darmmicrobioom van 190 Nederlandse volwassenen voor en na een reis naar een van de vier internationale regio's waar de prevalentie van resistentiegenen hoog is:Zuidoost-Azië, Zuid Azie, Noord-Afrika en Oost-Afrika.

Fecale monsters die als onderdeel van het onderzoek werden geanalyseerd, werden willekeurig gekozen uit een grotere, multicenter onderzoek van ongeveer 2, 000 Nederlandse reizigers, waarvan de meesten toeristen waren, bekend als de Carriage Of Multi-resistente Bacteria After Travel (COMBAT)-studie.

"We vonden significante reisgerelateerde toenames in de verwerving van resistentiegenen, overvloed en diversiteit gecodeerd door bacteriën die endemisch zijn voor de bezochte regio, " zei D'Souza. "Deze bevindingen bieden sterke ondersteuning voor internationaal reizen als een vector voor de wereldwijde verspreiding van klinisch belangrijke antimicrobiële resistentiegenen en benadrukken de noodzaak van breder toezicht op antimicrobiële resistente bacteriën in de darmmicrobiomen van terugkerende reizigers."

De nieuwe studie is ontworpen door co-senior auteurs John Penders, een medisch microbioloog aan de Universiteit Maastricht, en Gautam Dantas, doctoraat, een professor in pathologie en immunologie aan de Washington University. Manish Boolchandani, doctoraat, een lid van het Dantas Lab tijdens het onderzoek en in 2020 afgestudeerd aan het doctoraatsprogramma van de universiteit in Computational and Systems Biology, is ook een eerste auteur op het papier.

De wereld Gezondheidsorganisatie, de Amerikaanse centra voor ziektebestrijding en -preventie, en andere instanties hebben de snelle verspreiding van antimicrobiële resistentie beschreven als een van de ernstigste bedreigingen voor de volksgezondheid waarmee de wereld momenteel wordt geconfronteerd – een dreigende medische catastrofe die de chaos veroorzaakt door de COVID-19-pandemie zou kunnen overtreffen.

"Terwijl eerdere onderzoeken ontlastingsmonsters van reizigers hebben gescand op bekende antimicrobiële resistente bacteriën, we gebruikten een combinatie van hele metagenome shotgun-sequencing en functionele metagenomica om zowel bekende als nieuwe genen te identificeren die coderen voor antimicrobiële resistentie, ' zei Dantas.

Meer traditionele genomische technieken zoeken naar onderscheidende genetische handtekeningen van individuele pathogenen. Maar dergelijke tests kunnen alleen bekende pathogenen vinden, terwijl metagenomische sequencing alle organismen in een bepaald monster kan identificeren:goede bacteriën, gevaarlijke bacteriën en zelfs die volledig nieuw zijn.

In alles, de onderzoekers ontdekten 121 antimicrobiële resistentiegenen in de darmmicrobiomen van de 190 Nederlandse reizigers. Meer dan 40% van deze resistentiegenen (51 daarvan) werden alleen ontdekt met behulp van de meer gevoelige metagenomics-techniek, wat suggereert dat potentieel gevaarlijke genen worden gemist door de meer conventionele benaderingen.

Even zorgwekkend, de resultaten van het onderzoek bevestigden dat 56 unieke genen voor antimicrobiële resistentie een deel waren geworden van het darmmicrobioom van reizigers tijdens hun reizen naar het buitenland, waaronder meerdere mobiele, resistentiegenen met een hoog risico, zoals extended-spectrum β-lactamasen (ESBL) en het door plasmiden overgedragen colistineresistentiegen, mcr-1.

Resistentie tegen bètalactamantibiotica is wereldwijd in opkomst en zorgt voor brede resistentie tegen behandeling met penicillines en andere belangrijke antibiotica.

De mcr-1-genen beschermen bacteriën tegen een ander antimicrobieel geneesmiddel, colistine genaamd, wat de laatste redmiddel is voor infecties door multiresistente gramnegatieve bacteriën. Als colistineresistentie zich uitbreidt naar bacteriën die resistent zijn tegen andere antibiotica, die bacteriën kunnen echt onbehandelbare infecties veroorzaken, de CDC heeft gewaarschuwd.

Omdat metagenomische analyse onderzoekers in staat stelt om alle bacteriën en genen in een verzameling darmmicrobioommonsters als één geheel te bestuderen, grote gemengde gemeenschap van organismen, het biedt ook de mogelijkheid om complexe ecologische interacties tussen deze organismen te onderzoeken.

Hoewel bacteriën in de loop van de tijd langzaam resistentie kunnen ontwikkelen door herhaalde blootstelling aan antibiotica, verschillende bacteriële gemeenschappen delen ook genen voor antimicrobiële resistentie via een sneller proces dat bekend staat als horizontale overdracht, meestal via de uitwisseling van mobiele genetische elementen waarmee stukjes DNA van de ene bacterie naar de andere kunnen springen.

"Omdat genen die coderen voor resistentie tegen verschillende klassen antibiotica zich vaak op dezelfde mobiele elementen bevinden, een enkele horizontale uitwisseling heeft het potentieel om bacteriën die voorheen vatbaar waren voor antibiotica om te zetten in een multiresistent organisme, ' zei Dantas.

Onderzoekers gebruikten ook metagenomische technieken om belangrijke contextuele informatie over de locatie en functie van resistentiegenen samen te voegen.

"Er was een significante associatie van resistentiegenen met mobiele genetische elementen, een primaire manier waarop resistentiegenen zich verspreiden onder bacteriën, " zei D'Souza. "Hoewel onze studie niet kon aantonen dat resistentiegenen worden gedragen door pathogene bacteriën, het is duidelijk dat dit mogelijk is. Aanvullend, internationale reizigers hebben het potentieel om resistentiegenen in hun eigen gemeenschap te introduceren wanneer ze naar huis terugkeren, en toekomstige studies die deze mogelijkheid rechtstreeks aanpakken, zijn een prioriteit."

Dantas voegde toe:"Het identificeren van nieuwe antimicrobiële resistente bacteriën en genen zou een belangrijke rol kunnen spelen bij het vertragen van de wereldwijde verspreiding van resistentie en het begeleiden van mogelijke behandelingen voor gerelateerde ziekten. Onze studie legt de basis voor die inspanningen door nieuw inzicht te bieden in de genetische mechanismen die ten grondslag liggen aan de snelle verwerving en uitwisseling van genen voor antimicrobiële resistentie in de darmmicrobiomen van mensen tijdens internationale reizen."

• Onderzoekers identificeren in vitro een bacterie met anti-SARS-CoV-2-activiteit:Dolosigranulum pigrum
• Samenstelling van het darmmicrobioom geassocieerd met angstreacties bij baby's