Jordens antimikrobiell resistens (AMR) utgör ökande hälsorisker på grund av eventuell överföring till människor genom direktkontakt och genom näringskedjan. Jord-AMR-studier har dock mestadels förlitat sig på miljö-DNA som kan komma från döda/dominanta celler och extracellulärt DNA, vilket leder till potentiell överskattning av AMR och associerade risker eftersom den stora majoriteten av markmikrober ännu är oodlade. Aktiva antibiotikaresistenta bakterier (ARB) i jordar spelar en avgörande roll för att driva AMR-spridning men är inte välkända.

I en studie publicerad i PNAS , rapporterade ett forskarlag under ledning av professor Zhu Yongguan och prof. Cui Li från Institutet för stadsmiljö vid den kinesiska vetenskapsakademin ett nytt funktionellt verktyg för encellsfunktioner som innehåller encellig Raman-isotopsondering, encellssortering och riktad metagenomik för att screena och sekvensera aktiv ARB i naturliga jordar.

"Om du känner dig själv och din fiende kan du utkämpa strider utan nederlag. Det är därför ett brådskande behov att förstå den verkliga AMR-risken i jordar," sade prof. Zhu.

Baserat på markmikroorganismernas distinkta aktiviteter mot tungt vatten under antibiotikabehandlingar, detekterades aktiv ARB i jordar direkt på ett odlingsoberoende sätt. Forskarna optimerade och validerade metodens generaliserbarhet och noggrannhet över olika jordar och antibiotika.

Med denna metod kvantifierades andelen och aktiviteten av ARB i jordar och en tydlig höjning med mänsklig aktivitet avslöjades. Med tanke på den viktiga roll som mycket metaboliskt aktiv ARB spelar vid överföring av AMR, föreslog forskarna att fenotypisk resistensnivå skulle användas som en ny parameter för AMR-riskbedömning, för att övervinna det långvariga problemet där AMR-riskbedömning endast bygger på genetisk information men saknar fenotypisk information.

"Även om varken genomiska data eller fysiologiska studier av bakterieisolat på ett tillförlitligt sätt kan förutsäga den aktiva ARB som finns i jordar, kan encellsfunktionella verktyg ge en bra lösning på detta problem", säger Prof. Cui.

Den mest aktiva ARB i jordar plockades ytterligare ut en efter en för nedströms riktad metagenomisk sekvensering. Mikrobiell identitet, antibiotikaresistensgener (ARG), virulensfaktorgener (VFG) och mobila genetiska element (MGE) som bärs av den aktiva ARB:n dechiffrerades alla och pekade ut "vem som gör vad och hur."

Flera oodlade bakterier som hyser flera ARG identifierades, vilket visar att de är viktiga bidragsgivare till markens fenotypiska resistens. Observera att en typ av ARB som finns i jord rankades som hög risk eftersom det är en mycket aktiv patogen som bär ARG på MGE. "Upptäckten av den mycket aktiva antibiotikaresistenta patogenen i jordar väcker larm för ett akut behov av kontrollteknik", säger professor Zhu.

Detta arbete främjar förståelsen av aktiv ARB i miljön, ett ämne som hittills till stor del har förbisetts. Den utvecklade encelliga metoden som kopplar resistensfenomen till genom kan också lätt tillämpas på andra ekosystem. + Utforska vidare

Daggmaskar kan bidra till att minska antibiotikaresistensgener i marken