Ett geologarbete från University of Kansas i det avlägsna norra högarktiska Norge har avslöjat den häpnadsväckande globala spridningen av antibiotikaresistenta mikrober-inklusive multiresistenta "superbugs"-som kan få allvarliga konsekvenser för människors hälsa över hela världen.

Jennifer Roberts, professor och ordförande i geologi vid KU, började med att undersöka den mikrobiella geokemin för upptining av permafrost och dess frisättning av metan, en kraftfull växthusgas som påskyndar de globala klimatförändringarna.

Men uppföljningsanalys av markproverna som Roberts samlade i Kongsfjorden-regionen på Svalbard, Norge, visade också att antibiotikaresistenta gener har överförts till jordmikropopulationer på en av jordens mest avlägsna platser. Resultaten av Roberts och ett internationellt team av kollegor från Storbritannien och Kina publicerades just i den peer-reviewed journal Miljö International .

"Studien gav ett bra tillfälle att testa markprover för antibiotika -gener med hypotesen att Svalbard var en så avlägsen och isolerad plats, vi skulle inte hitta några bevis på sådana gener, "Sa Roberts." Däremot, vi hittade ganska många inklusive superbug antibiotikaresistenta gener som New Delhi-genen, som först uppstod i Indien för inte så länge sedan. Detta var en överraskning - generna som vi hittade hade uppenbarligen en kort överföringstid mellan att upptäckas i Indien och vår grupp som upptäckte dem i Arktis bara några år senare. "

Forskargruppen genetiskt sekvenserade DNA från 40 jordprover på åtta platser på Svalbard, hitta 131 antibiotikaresistenta gener. En hittad antibiotikaresistent gen kallas blaNDM-1. Upptäcktes ursprungligen i New Delhi 2007, genen utlöser resistens mot karbapenemantibiotika-en sista utväg botemedel mot annars obehandlad infektionssjukdom. Den demonstrerade spridningen av blaNDM-1, särskilt, är mycket oroande, uppmärksamma den stigande krisen av global antibiotikaresistens.

Forskarna säger att de antibiotikaresistenta generna bara kunde ha tagit några få vägar till Arktis.

"De härstammar troligen från patogener som flera gånger utsattes för olika typer av antibiotika-det är så vi får dessa akut antibiotikaresistenta stammar, där de kvarstår även trots att de har använt ”sista utväg” -behandlingar, "Roberts sa." Några av de platser där vi hittade New Delhi -genstammen är inte särskilt långt från den huvudsakliga forskningsbasen, så det finns en möjlighet att mänskligt avfall var inblandat. Vi observerade också kolonier av häckande fåglar på platser med låg höjd, som små sjöar och andra källor till öppet vatten under maximal tining, och det var där vi såg de högsta koncentrationerna av dessa gener. Vi upptäckte dem också på platser som inte hade öppet vatten men som hade många små djur som rävar, och du kan spåra en vektor mellan ett vattenhål eller en liten sjö där du har massor av fåglar och små däggdjur som ska dricka och sedan plocka upp vilka gener som helst. "

Roberts, vars forskningsexpertis är inom hydrokemi och mikrobiell geokemi, arbetat med att utveckla ett riktmärke för antibiotikaresistenta gener som naturligt finns på Svalbard så att teamet kan skilja dem från "främmande" multiresistenta gener som överförs till Arktis från regioner där antibiotika används i människor och djur för att behandla sjukdomar.

"Eftersom migrationen av dessa gener är så stor oro, nästa fråga blir, "Är dessa antibiotikaresistenta gener inhemska-eller har de överförts?", Sa hon. "Min roll var att använda bevislinjer i vår forskning för att hjälpa oss att vara tydliga med vad som var en infödd gen som utvecklades i marken och vad som var hämtad från andra källor. Vi gjorde det genom att titta på näringstillförsel i jord, som är väldigt, mycket låg i dessa arktiska jordar. Vi kunde då koppla de antibiotikaresistenta generna till det som verkar vara en ny källa till fosfat som tas in från utsidan-och den mest troliga källan till fosfat är avföring, antingen i mänskligt avlopp eller, mer än sannolikt, fågelguano. "

Enligt Roberts, antibiotikaresistens färdades mellan mikrober via "lateral genöverföring". I denna process, patogener reser ut i vattnet genom avföring, dör och släpper ut stora mängder fritt genetiskt material i vattnet. Detta genetiska material bryts inte lätt ner, med det resultat att andra organismer hamnar i generna - liksom deras resistens.

"Det är inte så att vi har någon slags robust gemenskap av E. coli eller annan patogen som bor i ytvattnet i Arktis, "Sa Roberts." Istället en del antibiotikaresistent patogen fördes in från externa källor-och nu har resistens spridits när gener plockas upp av andra organismer som redan var folkrika i miljön. "

Roberts sa att teamets upptäckt visar att antibiotikaresistens för flera läkemedel nu är global.

"Vi måste komma ihåg att vi fick antibiotika, som penicillin, från markmikroorganismer till att börja med, "sa hon." Mikroorganismer har använt resistensförmåga för att övervinna immunitet i miljön under lång tid, producerar antibiotikaresistenta gener som anses vara naturliga och infödda. Men med användning av tillverkade antibiotika för människor och djur över hela världen, vi har sett en snabb utveckling av resistenta gener. Vi hittade både inhemska och utvecklade antibiotikaresistenta gener i Arktis. Oron är att motståndet sprids i denna skala, vi kanske närmar oss en post-antibiotisk era där inget av våra antibiotika fungerar eftersom de patogener vi försöker bekämpa har tagit upp resistenta gener via evolution eller lateral överföring. "

Roberts sa att teamets resultat visar vikten av en mer noggrann förvaltning av antibiotikaanvändning och behovet av bättre behandling av avloppsvatten runt om i världen.

"Vår användning av människor och djur av antibiotika kan ha effekter som ligger utanför oss själva och bortom våra lokalsamhällen - de är globala, "sa hon." Det är verkligen viktigt för oss att börja tänka på vattensystemhantering och användning av antibiotika på globala sätt - och börja minska och kontrollera en del av spridningen som uppenbarligen inte är kontrollerad för tillfället. "