Использование больших данных на животноводческих фермах может улучшить мониторинг устойчивости к антимикробным препаратам

Новое исследование предполагает, что применение больших данных и машинного обучения в системе надзора за устойчивостью к антимикробным препаратам (УПП) в животноводстве может помочь в разработке мер вмешательства и защите от патогенов, становящихся резистентными к антибиотикам.

В течение более чем двух с половиной лет исследователи из Ноттингемского университета анализировали микробиомы кур, туш и окружающей среды. Полученная сеть корреляций между животными, средой, микробными сообществами и устойчивостью к антимикробным препаратам указывает на множество путей для улучшения эпиднадзора за УПП в животноводстве.

Исследование под руководством профессора биоинформатики доктора Тании Дотторини использовало подход интеллектуального анализа данных на основе машинного обучения на десяти крупных птицефермах и четырёх связанных с ними бойнях в трёх провинциях Китая — одном из крупнейших потребителей антимикробных препаратов. Использование антимикробных препаратов для профилактики и лечения инфекций в животноводстве связано с ростом устойчивых к ним (УПП) инфекций.

Исследование, опубликованное в Nature Food, выявило несколько генов устойчивости к антимикробным препаратам (ARGs), общих для кур и ферм, на которых они содержатся, которые потенциально обладают высокой способностью к передаче.

Результаты также показывают, что ключевое подмножество микробиома кишечника кур, включающее клинически значимые бактерии и гены устойчивости к антибиотикам, коррелирует с профилями УПП у колонизирующей кишечник E. coli. Примечательно, что на это ядро, содержащее клинически значимые высокотрансмиссивные ARGs, общие для кур и окружающей среды, влияют температура и влажность окружающей среды, и оно коррелирует с использованием антимикробных препаратов.

Устойчивость к антимикробным препаратам (УПП) входит в десятку основных глобальных угроз общественному здоровью по данным ВОЗ. УПП угрожает эффективной профилактике и лечению всё большего числа инфекций, вызываемых бактериями, паразитами, вирусами и грибками.

Ежегодно во всём мире регистрируется около 600 миллионов случаев болезней пищевого происхождения, приводящих примерно к 420 000 смертей. Из них почти 300 миллионов заболеваний и 200 000 смертей в глобальном масштабе вызваны диареегенной E. coli.

Во многих странах куры содержатся в помещениях без эффективной системы контроля климата и, следовательно, испытывают значительные колебания температуры и влажности. Результаты исследования показывают, что ключевые особенности микробного сообщества кишечника и резистома, коррелирующие с устойчивостью у E. coli, также коррелируют с изменениями температуры и влажности в курятниках.

Связи между переменными окружающей среды, видами и генами, ассоциированными с УПП, открывают возможности для разработки новых решений по мониторингу УПП, особенно в странах с низким и средним уровнем дохода, где эти переменные не контролируются и представляют риск для животных.

Доктор Дотторини заявляет: «Распространение устойчивых к антимикробным препаратам микроорганизмов и УПП на уровне человек-животное-окружающая среда и пищевой цепи является серьёзной глобальной проблемой. Передача УПП может происходить разными путями, и пищевая цепь, либо косвенно через потребление пищи, либо напрямую через контакт с заражёнными животными и навозом или фекальное загрязнение, является одним из них.

Мы продемонстрировали, как можно разработать методологии, связывающие широкий спектр микробных видов и генов с наблюдаемой УПП, и далее оценили, как они связаны с переменными окружающей среды — температурой и влажностью. Далее мы должны рассмотреть все соответствующие и взаимосвязанные наборы данных по УПП в рамках подхода на 360°, что углубит наше понимание и контроль над распространением УПП.

Это захватывающий момент. Мы готовы инвестировать в новые комплексные подходы к эпиднадзору за УПП на базе ИИ, чтобы определить движущие силы и механизмы, лежащие в основе возникновения и распространения УПП, а также новых генетических вариантов устойчивых патогенов среди животных, окружающей среды, людей и пищевых продуктов. Это будет прорывом».