Портативное секвенирование ДНК успешно отслеживает устойчивые к лекарствам микробы в сточных водах скотобоен

В пилотном проекте исследователи из Продовольственной и сельскохозяйственной организации ООН, Министерства сельского хозяйства Индонезии и Университета штата Аризона впервые протестировали интеграцию портативного устройства для секвенирования ДНК в национальную систему мониторинга устойчивости к антибиотикам Индонезии. Работа велась на шести птицебойнях в районе Большой Джакарты, где собирали образцы сточных вод и воды из близлежащих рек.

Цель: определить, может ли портативное секвенирование ДНК улучшить национальные усилия по отслеживанию устойчивой к лекарствам E. coli — ключевого индикатора антибиотикорезистентности.

Исследование обнаружило признаки того, что устойчивые к антибиотикам бактерии из сточных вод боен могут попадать в близлежащие реки. Во многих случаях уровни резистентной E. coli ниже по течению были выше, чем выше по течению, что указывает на возможный путь распространения резистентности из отходов животноводства в окружающую среду.

Однако исследование также показало, как портативное секвенирование ДНК может усилить национальный мониторинг, облегчая обнаружение очагов резистентности и прокладывая путь к более целенаправленным и экономически эффективным решениям для снижения её распространения.

Перенос лабораторных тестов на передовую

Традиционный мониторинг основан на культуральных методах, требующих транспортировки образцов в лабораторию. Для такой страны, как Индонезия, с более чем 14 000 островов, это представляет проблему.

В новом проекте протестировали устройство MinION, которое использует портативное нанопоровое секвенирование ДНК для быстрого анализа генетического материала в месте сбора. Устройство размером с ладонь, питается от ноутбука и даёт результаты, сопоставимые с дорогостоящими лабораторными системами.

Проект отслеживал штамм E. coli, устойчивый к широкому классу антибиотиков и признанный CDC значительной угрозой. Этот штамм часто используется как индикатор для обнаружения присутствия и распространения других опасных резистентных бактерий.

Образцы брали из сточных вод боен, а также из рек выше и ниже по течению. Большая часть E. coli, обнаруженной в сточных водах, была устойчива к антибиотикам. Та же картина резистентности наблюдалась ниже по течению, но не выше, что указывает на бойни как на источник.

Спектр обработки отходов и рисков

Исследование зафиксировало большие различия в том, как предприятия управляют отходами. На некоторых были установлены системы очистки, другие сбрасывали отходы без обработки.

Хотя исследователи не оценивали эффективность систем очистки, они обнаружили устойчивые бактерии как в обработанных, так и в необработанных образцах. Это вызывает озабоченность не только из-за пробелов в инфраструктуре, но и из-за обслуживания, регулирования и контроля существующих систем.

Чтобы лучше понять риск, команда не просто идентифицировала бактерии — они также секвенировали их генетический материал. Многие из обнаруженных генов устойчивости находились на плазмидах — небольших мобильных фрагментах ДНК, которые могут перемещаться между бактериями и распространять резистентность между видами.

Используя устройство MinION, исследователи идентифицировали эти гены, а также факторы вирулентности и конкретные бактериальные штаммы с точностью до 100% по сравнению с традиционными лабораторными методами. Результаты показывают, что высокоточный геномный мониторинг возможен даже за пределами элитных исследовательских лабораторий.

Единое здоровье, много направлений

Этот проект основан на концепции «Единое здоровье», которая признаёт глубокую взаимосвязь здоровья человека, животных и окружающей среды.

Быстрые, доступные по цене и локально применимые инструменты, такие как MinION, могут значительно продвинуть наши усилия по отслеживанию и контролю широкого спектра микробных угроз, включая другие патогены, такие как птичий грипп.

Исследование опубликовано в журнале Antibiotics.