Bakterier kan udveksle gener for antibiotikaresistens mellem hinanden via små cirkulære stykker arvemateriale. Nu har forskere gennemsøgt verdens kloakker i jagten på kilden til problemerne med resistente bakterier.
Forskere fra blandt andet Danmark har været på jagt i verdens kloakker efter arvemateriale, som kan forklare, hvordan bakterier udveksler antibiotikaresistens.
I sumpen af menneskers afføring har de identificeret en stor mængde resistensbærende cirkelformede stykker arvemateriale, der har potentialet til at overføre antibiotikaresistens fra den ene bakterie til den næste.
Opdagelsen åbner for en større forståelse af, hvordan antibiotikaresistens overføres fra bakterie til bakterie, og hvor det potentielt kan ske. Kortlægningen af det samlede arvemateriale i verdens kloakker kan også have praktiske anvendelser inden for bioteknologien og andet life science.
”Det giver os et indblik i, hvilke resistensbærende gener med potentiale til at blive overført fra bakterie til bakterie, som finder derude i den virkelige verden. Det er basal biologi, som på sigt kan have forskellige praktiske implikationer inden for både overvågning i relation til resistensproblematikken, men også i forhold til at udnytte bakteriernes arvemateriale bioteknologisk eller på andre måder,” fortæller en af forskerne bag det nye studie, Sünje Johanna Pamp fra Novo Nordisk Foundation Center for Biosustainability ved Danmarks Tekniske Universitet (DTU).
Forskningen, der er offentliggjort i mSystems, udførte Sünje Johanna Pamp på DTU Food.
Cirkulære stykker arvemateriale kan overføre resistens mellem bakterier
Antibiotikaresistens er et stigende problem, der truer hele verdens sundhedstilstand, fordi resistente bakterier kan gøre ellers forholdsvis harmløse infektioner dødelige.
Bakterier kan i sig selv blive resistente, når de møder antibiotika, men faktisk kan bakterier også overføre antibiotikaresistens til hinanden. Det kan de gøre ved hjælp af små cirkulære stykker arvemateriale, der hedder plasmider.
Plasmider kan indeholde gener for antibiotikaresistens, så hvis den ene bakterie er blevet resistent over for et antibiotikum og har genet for resistens i et plasmid, kan resistensen overføres til en anden bakterie, som samler plasmidet op direkte fra omgivelserne eller får det ved kontakt med den resistente bakterie. Derefter kan modtagerbakterien inkorporere det i sit eget arvemateriale.
Virulensfaktorer, altså proteiner, der kan gøre folk syge, og bakteriernes egne former for antibiotika, som de benytter i kampen mod andre bakterier, kan også findes i plasmidernes genetiske koder.
I studiet ønskede Sünje Johanna Pamp og hendes kollegaer at undersøge forekomsten af antibiotikaresistensbærende plasmider i verdens kloakker, da det kan give forskerne en bedre indsigt i, hvad der er af potentiale for resistensudvikling i suppen af humane efterladenskaber.
”Vi ønskede at besvare det meget basale spørgsmål om, hvor vi finder resistensbærende gener. Ud fra et folkesundhedsperspektiv er det et meget vigtigt spørgsmål, hvis vi vil bremse den galoperende resistensudvikling,” forklarer Sünje Johanna Pamp.
Sünje Johanna Pamp forklarer, at der har været flere forsøg på at kortlægge, hvor hovedparten af verdens problematiske gener for antibiotikaresistens findes, men det er endnu ikke lykkedes at lokalisere dem.
”I et tidligere forsøg har vi kigget efter resistensgener i prøver fra kloakker blandt andet i New York, København og 77 andre byer i 60 lande, men der kiggede vi ikke på, om resistensgenerne sad i plasmider eller i andre former for arvemateriale. Vi identificerede bare, at de var der,” siger Sünje Johanna Pamp.
Kigget i kloakker fra hele verden
I det nye studie har forskerne undersøgt ubehandlede prøver fra kloakker i 22 lande på fem kontinenter.
Da kloakvand indeholder meget få bakterier og rigtig meget vand, måtte forskerne først sedimentere alt det faste materiale i prøverne, hvorefter de begyndte at lede efter plasmiderne i dem.
Forskerne benyttede i studiet en teknik, der hedder nanopore sequencing. Teknikken tillod dem at sekventere hele plasmider på én gang. Normalt sekventerer forskere DNA i små bidder ad gangen, men for plasmider er det et problem, fordi plasmiderne har mange gentagende DNA-sekvenser, der kan være svære at samle som et puslespil bagefter.
”Det er aldrig blevet gjort før, og teknikken er ret banebrydende. På den måde kunne vi isolere plasmiderne, sekventere dem og derefter benytte bioinformatik til at kigge på deres DNA og se, hvad de kodede for, og om vi kunne identificere gener for antibiotikaresistens,” siger Sünje Johanna Pamp.
Forskelle i plasmider med resistensgener i Asien og Europa
Resultatet af undersøgelsen mundede ud i 150.000 gensekvenser, hvoraf forskerne kunne identificere plasmidgener på 60.000 af dem. Resten er indtil videre uidentificerede stykker arvemateriale.
I de 60.000 plasmider fandt forskerne mange forskellige gener for antibiotikaresistens, men de identificerede også store geografiske forskelle i de forskellige prøver.
For eksempel var prøverne fra Asien mere ens i deres genetiske udtryk end prøverne fra Europa.
Forskerne undersøgte også, om resistensgenerne i plasmiderne matchede resistensgener fra tidligere studier af resistensgener i alt det genetiske arvemateriale i prøverne – altså hvor mange af resistensgenerne som fandtes i plasmiderne, og hvor mange der fandtes i bakteriernes kromosomer.
”På den måde kunne vi identificere resistensgener fra kromosomer og resistensgener fra plasmider. Det er interessant, fordi resistensgener fra plasmider har lettere ved at blive overført fra den ene bakterie til den næste. Disse gener bør vi fremadrettet holde ekstra øje med,” forklarer Sünje Johanna Pamp.
Bioteknologer kan gå på opdagelse i plasmiderne
Sünje Johanna Pamp forklarer, at studiet kommer med nogle praktiske implikationer i forhold til at overvåge resistensudvikling i verden, men det indeholder også en masse grundvidenskabelig viden, som fremadrettet kan blive værdifuld.
Blandt andet kan forskere granske studiet efter hidtil ukendte plasmider og studere deres funktioner nærmere.
Plasmider spiller nemlig ikke bare en rolle i bakteriers evne til at overføre resistensgener, men bliver også benyttet inden for bioteknologien, blandt andet i forbindelse med kloning.
”Det er basal biologi, som vi kan lære af, og som ultimativt kan have mere praktiske implikationer inden for bioteknologien og life science,” siger Sünje Johanna Pamp.
