Как обнаружить больше устойчивых к антибиотикам бактерий в водных путях
Устойчивость к противомикробным препаратам (УПП) в водных путях представляет серьёзную угрозу. Если обычные антибиотики станут бесполезными, десятилетия прогресса в медицине и сельском хозяйстве могут быть сведены на нет.
По данным Программы ООН по окружающей среде, к 2050 году УПП может стать причиной 10 миллионов смертей ежегодно. УПП — это не только проблема здоровья людей. Она также способствует ухудшению качества воды и усугубляется её загрязнением, особенно из таких источников, как сточные воды и сельскохозяйственные стоки. Это серьёзная экологическая проблема с далеко идущими последствиями.
Борьба с УПП в воде сложна, поскольку водные системы комплексны и могут переносить множество различных типов устойчивых бактерий. Отсутствие эффективных, масштабируемых и глобально доступных методов мониторинга УПП в воде затрудняет противодействие этой растущей угрозе.
В недавнем обзоре, опубликованном в журнале Sustainable Microbiology, определены ключевые тенденции в методах обнаружения УПП и выделены значительные пробелы.
Реки, озёра и системы сточных вод по всему миру служат резервуарами и путями распространения устойчивых супербактерий и их генов, позволяя УПП распространяться по экосистемам, затрагивая дикую природу, сельское хозяйство и население. Речная вода — наиболее изучаемый источник проб (42% исследований, связанных с УПП). Другие источники воды, включая озёра и сточные воды, также могут играть ключевую роль в распространении генов устойчивости, но без детального анализа останутся малоизученными.
Большая часть исследований УПП приходится на три страны: США (17%), Китай (10%) и Бразилию (9%). Это показывает, где сосредоточен фокус, но многие другие регионы, особенно страны с низким уровнем дохода, изучены плохо. Это вызывает беспокойство, поскольку УПП там может быть ещё серьёзнее, но данных не хватает.
Для обнаружения УПП учёные в основном используют два передовых молекулярных метода: полимеразную цепную реакцию (ПЦР) (применяется в 57% исследований) и метагеномику (27%), наряду с традиционными культуральными методами, основанными на выращивании бактерий в лаборатории.
Культуральные методы проще и дешевле молекулярных, но не могут использоваться на месте. Они также не способны обнаружить мёртвые бактерии или скрытые гены устойчивости.
ПЦР амплифицирует специфические последовательности ДНК для их обнаружения и может использоваться для идентификации конкретных бактерий. Метагеномика — это метод, анализирующий весь генетический материал микробных сообществ в образце, что даёт более широкую картину.
Эти передовые методы лучше обнаруживают УПП в реках, озёрах и океанах. Они могут находить как известные, так и новые типы устойчивости, что делает их более полезными для тщательного мониторинга.
В Бразилии учёные использовали метагеномику для поиска различных генов устойчивости в водных путях разных городов. Этот метод может обнаруживать паттерны устойчивости, недоступные для обычных тестов.
Хотя эти методы трудоёмки, сложны (требуют специального оборудования и обученного персонала) и могут быть дорогими (стоимость в тысячи евро), их можно использовать шире при наличии финансирования. Это помогло бы отслеживать устойчивость к антибиотикам по всему миру, облегчая её поиск и борьбу с ней.
Одно общеевропейское исследование показало, что культуральные методы не смогли обнаружить все гены устойчивости в загрязнённых речных системах 10 стран, в то время как передовые метагеномные методы смогли их идентифицировать. Таким образом, молекулярные инструменты имеют решающее значение для понимания истинных масштабов УПП.
Обзор демонстрирует сдвиг в сторону молекулярных методов как «золотого стандарта» для обнаружения УПП. Он подчёркивает неадекватность традиционных культуральных методов и необходимость комплексных подходов, сочетающих молекулярные методы, такие как ПЦР (для обнаружения специфических генов устойчивости), с метагеномикой (для более широкого анализа микробного сообщества).
Например, программы мониторинга сточных вод могли бы использовать ПЦР для быстрого выявления ключевых генов устойчивости в «горячих точках», одновременно применяя метагеномику для картирования разнообразия устойчивых организмов. Это обеспечило бы более сбалансированный подход, оптимизирующий стоимость, эффективность и доступность.
Гибридный подход
Составив карту глобальных исследовательских усилий, автор выявил недостаточно изученные регионы, такие как страны Африки к югу от Сахары и Юго-Восточной Азии. Также было обнаружено, что определённые источники воды, особенно реки в странах с низким уровнем дохода, недостаточно представлены в исследованиях. Без более справедливого и всеобъемлющего эпиднадзора за УПП они не будут учтены.
Чтобы сделать точное обнаружение УПП более доступным для всех, необходимы гибридные подходы, сочетающие всеобъемлющие возможности обнаружения молекулярных методов с доступностью культуральных методов.
Правительствам всего мира необходимо уделять приоритетное внимание инвестициям в технологии, которые не только научно обоснованны, но и экономически жизнеспособны, особенно для стран с низким и средним уровнем дохода.
Новые методы, такие как ПЦР и метагеномика, могут помочь в борьбе с распространением лекарственной устойчивости. Если удастся сделать эти методы дешевле и проще в использовании, они смогут помочь в улучшении управления сточными водами, глобального отслеживания лекарственной устойчивости и принятии решений, защищающих как людей, так и окружающую среду от супербактерий.