Muștele de grajd ca vectori ai patogenilor zoonotici: dovezi genomice din fermele de lapte

Un studiu publicat recent în npj Biofilms and Microbiomes a oferit pentru prima dată dovezi genomice clare privind rolul muștelor de grajd din genul Neomyia ca vectori potențiali pentru patogeni zoonotici și gene de rezistență la antibiotice în fermele de lapte. Studiul, realizat în Franța, a utilizat secvențiere metagenomică de adâncime pentru a analiza microbiomul intestinal al muștelor și a-l compara cu cel al bălegarului bovin, evidențiind suprapuneri importante în ceea ce privește agenții patogeni și determinanții moleculari de virulență și rezistență.
Majoritatea bolilor infecțioase emergente la oameni sunt de origine zoonotică, iar fermele de bovine constituie un rezervor important pentru patogeni precum Escherichia coli O157, Salmonella enterica, Listeria monocytogenes și Coxiella burnetii. Deși numeroase studii au documentat transmiterea directă a acestor agenți de la bovine la oameni sau în lanțul alimentar, s-a acordat mai puțină atenție vectorilor ecologici neglijați, precum muștele, care se hrănesc și se dezvoltă în bălegar și pot disemina microorganisme prin regurgitare sau defecație.

Anterior, studiile bazate pe secvențierea genei 16S rRNA și metode de cultură au arătat că muștele pot adăposti bacterii cu relevanță medicală, inclusiv specii rezistente la antibiotice. Totuși, aceste metode nu permit identificarea genotipurilor comune sau a elementelor genetice mobile precum genele de virulență sau rezistență. Noul studiu folosește secvențiere metagenomică shotgun pentru a depăși aceste limitări și pentru a explora direct potențialul muștelor de a transporta și transmite agenți patogeni zoonotici.

Despre studiu

Metodologie și eșantionare

Cercetătorii au colectat 29 de muște de grajd de pe o fermă de lapte din Saint-Genès-Champanelle, Franța, pe parcursul a două zile consecutive. Din tubul digestiv al acestora s-au generat 3,52 miliarde de secvențe (~528 Gbp), în paralel cu metagenome provenite din 48 de probe de bălegar bovin.

Din datele metagenomice au fost asamblate peste 37 de milioane de contiguri și au fost construite 506 genomuri metagenomice asamblate, din care 42 au îndeplinit criterii stricte de completitudine (>85%) și contaminare (<5%). Acestea au aparținut unui număr de 15 genuri bacteriene, printre care Prevotella, Frischella, Fibrobacter și Ruminococcus.

Identificarea muștelor

Secvențele genei mitocondriale COI au permis identificarea speciilor de muște, 27 din 29 probe corespunzând cu >99% identitate la Neomyia cornicina, o specie comună în fermele din Europa.

Analiza microbiomului

Prin analiza comparativă a microbiomului intestinal al muștelor și al bălegarului s-au identificat 34 de genomuri metagenomice asamblate comune, sugerând o tranziție frecventă a bacteriilor între cele două habitate. În același timp, microbiomul muștelor a păstrat trăsături distinctive, cu o diversitate influențată de condiții fiziologice interne și interacțiuni microbiene specifice.

Rezultate

Structura comunităților bacteriene

Microbiomul muștelor a fost dominat de ordinele Bacteroidales, Burkholderiales și Enterobacterales, toate regăsite și în bălegar. Cu toate acestea, analiza beta-diversității a evidențiat o diferențiere clară între cele două tipuri de probe.

S-au identificat 21 de genomuri metagenomice asamblate îmbogățite în intestinul muștelor și 41 în bălegar, indicând adaptări ecologice și potențiale mutualisme în cazul microbilor insectelor (Frischella, Apilactobacillus).

Funcționalitatea genomurilor bacteriene

Genomurile specifice muștelor au codificat căi metabolice asociate cu biosinteza vitaminelor (vitamina B6, acid lipoic) și aminoacizilor, trăsături rareori întâlnite în microbiomul bălegarului. Astfel, anumite bacterii precum Frischella ar putea furniza nutrienți esențiali gazdei insecte, stabilind o relație mutualistă.

Factori de virulență

Analiza a identificat 1934 factori de virulență comuni între muște și bălegar. Dintre aceștia, 43 au fost prezenți în peste 50% din probe, inclusiv gene de aderență, imunosupresie și toxine Shiga (stx1vB, stxB).

Au fost identificate gene virulente din Escherichia coli și Coxiella burnetii, inclusiv efectori ai sistemelor de secreție T3SS și T4SS. Aceste gene au fost semnificativ mai abundente în probele de muște comparativ cu cele de bălegar, sugerând selecția sau proliferarea lor în intestinul insectelor.

Gene de rezistență la antibiotice

S-au detectat 86 de gene de rezistență, dintre care 18 au fost comune ambelor tipuri de probă, cu 13 unice pentru bălegar și 1 pentru muște.

Genele de rezistență la beta-lactamine, tetracicline și aminoglicozide au fost mai abundente în microbiomul muștelor, în timp ce rezistența la macrolide a fost mai pronunțată în bălegar. Aceste gene coincid cu antibioticele administrate în fermă în ultimii 5 ani, dar nu s-a putut demonstra o corelație statistică semnificativă.

Identificarea agenților patogeni zoonotici

Prin analiza genei mitocondriale bovine în probele de muște, s-au identificat secvențe provenind din bălegar, indicând sursa recentă de hrănire. În total, au fost detectate 8 agenți patogeni comuni (4 E. coli, 2 Shigella, 2 Coxiella), prezenți atât în muște, cât și în bălegar, cu acoperire genomică >10%.

În majoritatea cazurilor, aceste genomuri patogene au fost mai abundente în muște decât în bălegar, sugerând capacitatea lor de proliferare în intestinul insectelor.

Concluzii

Acest studiu oferă primele dovezi metagenomice funcționale ale potențialului muștelor din genul Neomyia de a acționa ca vectori de patogeni zoonotici și purtători de gene de rezistență la antibiotice în fermele de lapte. Deși microbiomul muștelor reflectă parțial sursa de hrană, acesta dezvoltă o compoziție distinctă, favorizată de condițiile intestinale și interacțiuni specifice cu microbi mutualiști.

Identificarea unor agenți patogeni importanți, precum Coxiella burnetii sau E. coli O157, în intestinul muștelor cu prezență genomică extinsă, implică un risc major pentru sănătatea umană, mai ales în contextul mobilității ridicate a muștelor între ferme și spații locuite. Prezența concomitentă a genelor de rezistență la antibiotice accentuează potențialul acestor insecte de a disemina microbi rezistenți, mai ales în condițiile utilizării continue a antibioticelor în sectorul zootehnic.

Implicații viitoare

Sunt necesare studii extinse, pe termen lung, care să includă:

• monitorizarea sezonieră și multianuală a microbiomului muștelor;
• corelarea tipurilor de patogeni cu practicile de igienă și tratament din ferme;
• evaluarea rolului muștelor ca vectori în transmiterea inter-specii (bovine – oameni).

Studiul subliniază necesitatea reconsiderării managementului integrat al vectorilor în mediile agricole și a politicilor de utilizare responsabilă a antibioticelor pentru a limita apariția și diseminarea patogenilor rezistenți.