לאדמה יש תפקיד גדול בהרבה בהפצת העמידות לאנטיביוטיקה ממה שאפשר לדמיין.
באופן מפתיע, האדמה מתחתינו עמוסה בגנים של עמידות לאנטיביוטיקה (ARG) -; קודים זעירים המאפשרים לחיידקים להתנגד לאנטיביוטיקה. פעילויות אנושיות, כמו זיהום ושינוי שימושי קרקע, עלולות להפריע למערכות האקולוגיות של הקרקע ולהקל על העברת גנים עמידות מחיידקי קרקע ולהדביק בני אדם.
Jingqiu Liao, עוזר פרופסור להנדסה אזרחית וסביבתית, נמצא במשימה להבין כיצד חיידקי קרקע תורמים לנושא הגובר והולך של עמידות לאנטיביוטיקה באמצעות מחקר שפורסם לאחרונה ב-Nature Communications. הממצאים של הצוות שלה מראים שברגע שחיידקים רוכשים גנים עמידים אלה, הם יכולים לעבור במהירות גם למינים אחרים, מה שהופך את זה לאיום כה דחוף לבריאות הציבור.
הבנת הדפוסים הללו יכולה לעזור למדענים למצוא דרכים לשלוט בהתפשטות העמידות לאנטיביוטיקה, להגן על בריאות האדם ולשמור על יעילות האנטיביוטיקה לדורות הבאים.
מדוע עמידות לאנטיביוטיקה בקרקע חשובה
אדמה היא לא רק לכלוך -; זו מערכת אקולוגית שוקקת מלאה בחיידקים. חלק מהחיידקים הללו נושאים באופן טבעי ARGs, שעוזרים להם להילחם באנטיביוטיקה. למרות שזה אולי לא נראה כמו עניין גדול בהתחלה, זה הופך להיות מסוכן כאשר ה-ARGs האלה בסופו של דבר בחיידקים מזיקים שמדביקים בני אדם.
חיידק אחד כזה הוא Listeria monocytogenes. שוכן אדמה זה יכול לעשות את דרכו לשרשרת המזון ולגרום למחלה קשה הנקראת ליסטריוזיס. עבור אנשים עם מערכת חיסונית מוחלשת, ליסטריוזיס עלולה להיות קטלנית, עם שיעורי תמותה של עד 20 עד 30 אחוזים. בגלל יכולתה להפיץ ARGs ולהדביק בני אדם, ליסטריה היא מודל חשוב לחקר כיצד עמידות לאנטיביוטיקה מתפתחת באדמה ומתפשטת לסביבות אחרות.
אדמה היא מאגר חשוב של חיידקים עמידים ו-ARGs. גורמים סביבתיים יכולים להגביר ARGs על ידי יצירת תנאים המקדמים את ההישרדות, התפשטות והחלפה של גנים אלה בין חיידקים. המנגנונים האקולוגיים והאבולוציוניים העומדים בבסיס הדינמיקה של ARGs בקרקעות נותרו נחקרו בצורה לא מספקת. בפרויקט זה אנו משתמשים בליסטריה כמודל מפתח להבנת הופעתם והתפתחותם של ARGs בקרקעות."
Jingqiu Liao, עוזר פרופסור, Virginia Tech
שימוש בליסטריה כדי לחקור התנגדות
הצוות של ליאו כולל מספר תלמידים יחד עם:
- יינג-שיאן גו, דוקטורנט ומחבר ראשי
- איימי פרודן, פרופסור נכבד באוניברסיטה, הנדסה אזרחית וסביבתית
- Lei-Anne Krometis, פרופסור, הנדסת מערכות ביולוגיות
- Hailong Zhang, עוזר פרופסור, טכנולוגיית מידע עסקית
- מוניקה פונדר, פרופסור, מדעי המזון והטכנולוגיה
החוקרים ימשיכו לעבוד יחד כדי לבצע גנטיקה מקיפה של אוכלוסיה וניתוחים אקולוגיים על סט נתונים ארצי זה. הפרויקט, שמתבסס על המחקר הקודם של הקבוצה, ממומן על ידי מענק פיילוט לבניית צוות בין-תחומית במרכז לפתוגנים מתעוררים, זונוטיים ופתוגנים הנישאים בפרקי רגליים ב-Virginia Tech.
"וירג'יניה טק מילאה תפקיד מרכזי בתמיכה ובאפשרות של מחקר זה", אמר Goh. "המחויבות של האוניברסיטה למחקר בין-תחומי יוצרת סביבה המעוררת חדשנות ומקדמת מחקר משפיע כמו זה".
עבור הממצאים שפורסמו ב-Nature Communications חברי הצוות ניתחו קרוב ל-600 גנומים של ליסטריה מדגימות קרקע שליאאו אסף במחקר קודם, שפורסם ב-Nature Microbiology. הם זיהו חמישה ARGs עיקריים מרחבי ארצות הברית.
המחקר גם חשף כיצד ARGs התפשטו בין חיידקים. תהליך הנקרא טרנספורמציה מאפשר לחיידקים לקלוט פיסות DNA רופפות המכילות ARG מסביבתם. ברגע שחיידק רוכש את הגנים האלה, הוא יכול להעביר אותם לאחרים -; אפילו למינים שונים. שיתוף מהיר זה של גנים עמידות הוא סיבה מרכזית לכך שעמידות לאנטיביוטיקה היא בעיה כל כך מאתגרת.
הצוות מתמקד בליסטריה כי זה לא סתם עוד חיידק אדמה -; זה שחקן מפתח בהבנת עמידות לאנטיביוטיקה. מחקר כיצד ARGs מתפשטים בחיידקי קרקע כמו ליסטריה נותן למדענים תובנות חשובות לגבי האופן שבו עמידות מתפתחת ועוברת דרך מערכות אקולוגיות.
"למרות שעמידות במקרים קליניים של ליסטריה נמוכה כיום, חיידקים אלו מתנגדים באופן טבעי למספר אנטיביוטיקה ומפגינים עמידות מוגברת לאחרים", אמר ליאו. "זה עושה ליסטריה מודל טוב למעקב אחר התפתחות ARG לפני שהוא הופך לנושא קליני נרחב".
כיצד מאפייני הקרקע ושימושי הקרקע מעצבים את התפשטות ARG
המחקר הדגיש גם כיצד תכונות הקרקע ושימושי הקרקע יכולים להשפיע על התפשטות ARG. לְדוּגמָה:
- אדמה עשירה באלומיניום מעודדת גיוון רב יותר ב-ARG, אולי בגלל שהיא מדגישה חיידקים, מה שהופך אותם לסביר יותר לשמור על גנים של עמידות.
- אדמה עשירה במגנזיום מורידה את מגוון ה-ARG, פוטנציאלית על ידי הפחתת התחרות בין חיידקים.
- באזורים מיוערים יש סבירות גבוהה יותר ARGs מכיוון שחיות בר מציגות באופן טבעי את הגנים הללו לסביבה.
- מצד שני, שדות חקלאיים יכולים לשנות את איפור הקרקע ואת קהילות החיידקים, ולהשפיע על מגוון ARG בחיידקים כמו ליסטריה.
עבור משקי בית, חשוב שאנשים יימנעו מפעילויות שעלולות להפריע לתנאי הקרקע, כגון סילוק לא נכון של פסולת שעלולה לגרום לזיהום מתכת. ליאו אמר שחשוב גם לשמור על שיטות תברואה טובות לאחר מגע עם קרקעות, כגון לאחר גינון, לאור נוכחות אפשרית של ARGs וחיידקים עמידים.
על ידי גילוי כיצד ARGs מתפשטים וכיצד גורמים סביבתיים משפיעים על תהליך זה, המחקר של ליאו מדגיש את החשיבות של הגנה על מערכות אקולוגיות טבעיות. שמירה על בריאות הקרקע אינה טובה רק לסביבה -; זה חיוני לטיפול הרפואי העתידי שלנו.
בהתבסס על מחקר זה, ליאו מקווה למצוא אסטרטגיות חדשות לשליטה בעמידות לאנטיביוטיקה, כדי להבטיח שהאנטיביוטיקה תישאר יעילה בטיפול בזיהומים במשך שנים רבות.
"ביסוס הבנה בסיסית של המניעים האקולוגיים של חיידקים אלה באדמה יכולה לעזור לנו להבין טוב יותר את הופעתה, האבולוציה וההתפשטות של עמידות לאנטיביוטיקה", אמר ליאו. "זהו איום דחוף על בריאות הציבור העולמי".