Studiu global relevă rezistență antimicrobiană latentă pe scară largă în apele uzate

Rezistența antimicrobiană continuă să crească la nivel mondial, fiind responsabilă pentru milioane de cazuri severe și un impact economic major. Analiza genomurilor bacteriene din apele reziduale urbane oferă o metodă eficientă de supraveghere globală, permițând evaluarea circulației genelor de rezistență antimicrobiană și a potențialului lor evolutiv.
Genele de rezistență antimicrobiană (ARG) sunt vechi și distribuite în mod natural în ecosisteme diverse, însă transferul lor rapid în bacterii clinice este puternic influențat de activitățile umane. Majoritatea bazelor de date conțin doar gene dobândite prin mobilizare genetică, dar acestea reprezintă probabil doar 5–15% din rezistomul real. Metagenomica funcțională permite descoperirea genelor latente, potențial activabile în viitor, creând un tablou mult mai amplu al rezistenței.

Despre studiu

Analiza publicată în Nature Communications a inclus 1.240 de eșantioane de apă uzată urbană din 351 de orașe, reprezentând 111 țări din toate cele șapte regiuni globale, colectate între 2016 și 2021. Setul de date total a depășit 8,93 × 10¹⁰ fragmente secvențiale, din care:

• 0,16% au fost identificate ca secvențe bacteriene,
• 0,04% ca gene de rezistență antimicrobiană,
• 0,019% aparțineau genelor dobândite,
• 0,024% genelor identificate funcțional (FG).

Au fost detectate 1.052 gene dobândite și 3.095 gene FG, însumând în total peste 39 de milioane de fragmente mapate. Dintre acestea, 201 gene dobândite și 527 gene FG au apărut în cel puțin jumătate din eșantioane. Șapte gene au fost prezente în toate probele: o genă dobândită (aph(6)-id_2) și șase gene FG.

Rezultate

Abundență și distribuție globală

Genele FG s-au dovedit a fi mai răspândite global decât cele dobândite, inclusiv în regiuni cu prevalență ridicată precum Africa Sub-Sahariană și Orientul Mijlociu. În unele zone precum Cambodgia și Iran, nivelurile de gene dobândite s-au apropiat de cele FG, indicând presiuni selective intense.

Analizele de diversitate au arătat că beta-diversitatea genelor dobândite reflectă structura regională într-o proporție mai mare decât cea a genelor FG, deși numai 12% din variație a putut fi atribuită regionalizării. Pentru genele FG, influența regională a fost chiar mai slabă (7,4%).

Efectul distanței geografice

Modelele de distanță geografică au evidențiat o relație de tip descompunere între similaritatea rezistomului și distanța dintre orașe. Totuși, tiparele diferă:

• genele dobândite prezintă o scădere accentuată a similarității în interiorul regiunilor,
• acest efect dispare la distanțe inter-continentale,
• genele FG continuă să prezinte decay global, sugerând dispersie mai uniformă.

La nivel de variante genetice au fost identificate 27.217 variante (6.098 dobândite și 21.119 FG). Majoritatea variantelor apar local, însă unele au fost detectate în peste 300 de orașe, indicând circulație extinsă.

Rețele ecologice și asocierea cu comunitățile bacteriene

Analizele rețelare au identificat șase mari comunități microbiologice, evidențiind conexiuni strânse între anumite bacterii și ARG-uri. Două clustere au fost dominate de bacterii intestinale umane, însă conținutul ARG diferă semnificativ între ele.

Clusterele cu predominanță Enterobacteriaceae și Pseudomonadaceae au prezentat concentrațiile cele mai mari de gene FG, în special cele care conferă rezistență la glicopeptide, beta-lactamine, fluoroquinolone și polimixine. Acest lucru sugerează existența unui rezervor latent cu potențial evolutiv ridicat, aflat în proximitatea speciilor cu relevanță clinică majoră.

Concluzii

Genele identificate funcțional constituie un rezervor global încă nevalorificat de rezistență antimicrobiană, mult mai uniform distribuit decât genele dobândite clinic. Acestea par puternic ancorate în structura bacteriană locală, ceea ce sugerează existența unor bariere evolutive care le împiedică momentan mobilizarea rapidă.

În timp ce genele dobândite reflectă presiunea actuală a rezistenței, genele FG ar putea reprezenta următorul val de emergență a rezistenței. Includerea lor în supravegherea globală devine astfel crucială, oferind un sistem de avertizare timpurie pentru mutații și transferuri genetice iminente.