En 3D-representation av den mänskliga tarmmikrobiomet där CPE och olika bakterier finns. Kredit:A*STAR's Genome Institute of Singapore
Forskare från A*STAR:s Genome Institute of Singapore (GIS) har upptäckt hur Carbapenemas-producerande Enterobacteriaceae (CPE) – en multiresistent bakterie – gömmer sig bland tarmbakteriesamhällen i asymtomatiska mänskliga bärare. Studien publicerades i Nature Microbiology .
Långsiktig kolonisering av tarmmikrobiomet av CPE, en familj av bakterier som är resistenta mot de flesta antibiotika, är ett växande område av folkhälsoproblem eftersom det kan leda till överföring i samhället och livshotande CPE-infektioner. Individer kan uppleva kolonisering av CPE-bakterier (t.ex. E. coli eller K. pneumoniae) genom kontakt med kontaminerade ytor eller konsumtion av kontaminerade livsmedel; långvarig konsumtion av antibiotika kan också vara en riskfaktor för kolonisering. Vissa individer kan utveckla CPE-infektioner, och behandling innebär ofta användning av flera antibiotika som "sista utväg". I vissa allvarliga fall leder behandlingsmisslyckanden till en hög dödlighet (upp till 50 %) hos inlagda patienter.
Ett ställe där forskare tror att CPE gömmer sig är i människans tarm, som koloniserar det asymtomatiskt och maskeras av biljonerna av goda bakterier där, i väntan på möjligheten att orsaka infektioner eller överföra till andra individer.
För att studera effekterna av CPE-kolonisering och efterföljande avkolonisering på tarmmikrobiomet, samarbetade teamet med Tan Tock Seng Hospital (TTSH) för att undersöka tarmmikrobiomet hos CPE-positiva försökspersoner och deras familjemedlemmar under ett år.
De spårade tarmbakterierna genom att analysera deras metagenomiska DNA-signaturer och upptäckte att CPE inte är helt tyst i tarmen. Teamet fann att CPE-kolonisering lämnar kontrollmärken genom att utarma nyckelbakterier vars funktioner är kopplade till att upprätthålla tarmhälsa genom att hålla inflammation i schack.
Teamet upptäckte också att CPE-kolonisering var dynamisk och potentiellt kan leda till utbyte av genetiska element som ger antibiotikaresistens mellan bakteriearter.
Genom att analysera hela genomsekvenserna av CPE-stammar fann de mutationer i nyckelfunktionella gener och skillnader i antibiotikaresistensprofiler mellan mycket likartade Escherichia coli (E. coli) och Klebsiella pneumoniae (K. pneumoniae) stammar som kan förklara varför CPE kan att framgångsrikt gömma sig i magen. Återbalansering av tarmbakterier, särskilt när det gäller nyckelarter som modulerar tarminflammation, kan ge en väg för att främja CPE-avkolonisering och förhindra vidare överföring av antibiotikaresistens.
Dr Niranjan Nagarajan, gruppledare för Laboratory of Metagenomic Technologies and Microbial Systems och Associate Director of Genome Architecture vid GIS, samt motsvarande författare till studien, säger att "antimikrobiell resistens är en stor folkhälsoutmaning med stor inverkan på hälso- och sjukvårdssystem i Singapore. Vår studie kastar ljus över ett viktigt fenomen som är oroande för kliniker med infektionssjukdomar runt om i världen."
"CPE är särskilt oroande när det gäller antimikrobiell resistens eftersom de bär resistensgener på mobila element som kan utbytas mellan bakterier, och på så sätt snabbt skapar superbugs av annars ofarliga bakterier. De är som dödliga lönnmördare som gömmer sig i osynligt bland tarmbakterier. Ändå , deras närvaro går inte obemärkt förbi av tarmbakterier, och kanske är nyckeln till att eliminera dem att utnyttja mängdens kraft."
Dr. Jonathan Teo Jin Yuan, forskare vid Laboratory of Metagenomic Technologies and Microbial Systems in GIS, och medförfattare till studien, säger att "tidigare studier på CPE fokuserade till stor del på epidemiologi och molekylära aspekter av infektionen, men naturlig historia av CPE-tarmkolonisering har förblivit outforskad. Vår studie var unik eftersom den följdes upp med CPE-koloniserade patienter och deras familjemedlemmar under ett år, vilket gjorde att vi kunde spåra förändringar i deras tarmbakteriesamhällen."
"Vi använde banbrytande metagenomisk teknik för att djupgående undersöka genetiken hos deras tarmbakterier, spåra förändringarna på helgenomnivå och analyserade därefter hur deras bakteriesamhällen i tarmen utvecklades i relation till kolonisering av CPE."
Prof Patrick Tan, verkställande direktör för GIS, säger att "antimikrobiell resistens ofta talas om som nästa pandemihot som kan överväldiga hälso- och sjukvårdssystem över hela världen. Bland de organismer som oroar, är CPE nära toppen av listan på grund av sin förmåga att överföra antibiotikaresistens och kolonisera den mänskliga tarmen, även i frånvaro av öppen infektion och antibiotikaanvändning."
"Genom att studera CPE-tarmkolonisering med hjälp av avancerade genomiska verktyg kunde vi upptäcka viktiga insikter som kunde hjälpa oss att minska tarmkolonisering, förhindra spridningen av dessa patogener och därmed skydda vårt samhälle och vår sjukvård." + Utforska vidare
