Новый метод выявил активные устойчивые к антибиотикам бактерии в почве
Почвенная устойчивость к противомикробным препаратам (AMR) представляет растущий риск для здоровья из-за возможной передачи человеку. Однако исследования почвенной AMR в основном полагались на анализ экологической ДНК, которая могла происходить из мёртвых клеток или внеклеточной ДНК, что потенциально завышало оценку рисков, так как большинство почвенных микробов не культивируется.
В исследовании, опубликованном в PNAS, группа учёных под руководством профессоров Zhu Yongguan и Cui Li сообщила о новом методе, объединяющем Рамановскую спектроскопию единичных клеток с изотопным мечением, сортировку единичных клеток и целевой метагеномный анализ для выявления и секвенирования активных устойчивых к антибиотикам бактерий (ARB) в естественных почвах.
Основываясь на различной активности почвенных микроорганизмов по отношению к тяжелой воде (D2O) в присутствии антибиотиков, активные ARB были обнаружены напрямую, без культивирования. Метод оптимизировали и проверили его точность и универсальность на разных типах почв и антибиотиков.
С помощью этого метода были количественно определены процентное содержание и активность ARB в почвах, и выявлен их явный рост с увеличением антропогенной нагрузки. Учитывая ключевую роль высокоактивных ARB в распространении AMR, учёные предложили использовать уровень фенотипической устойчивости как новый параметр для оценки риска, решая давнюю проблему, когда оценка опирается только на генетические данные без фенотипической информации.
Наиболее активные ARB были отобраны по одной для последующего целевого метагеномного секвенирования. Были расшифрованы их видовая принадлежность, гены устойчивости к антибиотикам (ARGs), гены факторов вирулентности (VFGs) и мобильные генетические элементы (MGEs), что позволило установить, «кто, что и как делает».
Были идентифицированы несколько некультивируемых бактерий, несущих множественные ARGs, что доказывает их важный вклад в фенотипическую устойчивость почвы. Особое внимание привлёк один тип ARB, отнесённый к высокому риску, поскольку это высокоактивный патоген, несущий ARGs на MGEs.
Эта работа углубляет понимание активных ARB в окружающей среде — темы, которой до сих пор уделялось мало внимания. Разработанный метод, связывающий фенотип устойчивости с геномом, может быть легко применён и в других экосистемах.