Устойчивость почвы к противомикробным препаратам (УПП) создает растущие риски для здоровья из-за возможной передачи инфекции человеку при прямом контакте и через пищевую цепочку. Однако исследования УПП в почве в основном основывались на ДНК окружающей среды, которая могла происходить из мертвых/доминирующих клеток и внеклеточной ДНК, что приводило к потенциальной переоценке УПП и связанных с этим рисков, поскольку подавляющее большинство почвенных микробов еще не культивировано. Активные устойчивые к антибиотикам бактерии (ARB) в почве играют решающую роль в распространении УПП, но их изучение недостаточно изучено.
В исследовании, опубликованном в PNAS, исследовательская группа под руководством профессора Чжу Юнгуаня и профессора Цуй Ли из Института городской среды Китайской академии наук сообщила о новом функциональном инструменте для одноклеточных клеток, включающем рамановское изотопное зондирование. сортировка отдельных клеток и целевая метагеномика для скрининга и секвенирования активных ARB в естественных почвах.
«Если вы знаете себя и своего врага, вы можете сражаться без поражений. Поэтому крайне необходимо понять истинный риск УПП в почве», — сказал профессор Чжу.
Основываясь на различных действиях почвенных микроорганизмов по отношению к тяжелой воде при обработке антибиотиками, активные ARB в почвах были обнаружены непосредственно независимым от культуры способом. Исследователи оптимизировали и подтвердили обобщаемость и точность метода для различных почв и антибиотиков.
С помощью этого метода были количественно определены процентное содержание и активность ARB в почвах, и было выявлено явное повышение активности человека. Принимая во внимание важную роль метаболически активного БРА в передаче УПП, исследователи предложили использовать уровень фенотипической резистентности в качестве нового параметра для оценки риска УПП, преодолевая давнюю проблему, когда оценка риска УПП опирается только на генетическую информацию , но не имеет фенотипической информации.
«Хотя ни геномные данные, ни физиологические исследования бактериальных изолятов не могут надежно предсказать активный ARB, находящийся в почве, функциональные инструменты одиночных клеток могут стать отличным решением этой проблемы», — сказал профессор Куи.
Затем наиболее активные ARB в почвах были отобраны один за другим для целевого метагеномного секвенирования ниже по течению. Микробная идентичность, гены устойчивости к антибиотикам (ARG), гены фактора вирулентности (VFG) и мобильные генетические элементы (MGE), переносимые активным ARB, были расшифрованы, что позволило точно определить, «кто, что и как делает».
Было идентифицировано несколько некультивируемых бактерий, содержащих несколько ARG, что свидетельствует о том, что они вносят важный вклад в фенотипическую устойчивость почвы. Следует отметить, что один тип ARB, обнаруженный в почве, был отнесен к группе высокого риска, поскольку это высокоактивный патоген, несущий ARG на МГЭ. «Обнаружение высокоактивного устойчивого к антибиотикам патогена в почве вызывает тревогу в связи с острой необходимостью в технологиях контроля», — сказал профессор Чжу.
Эта работа продвигает понимание активного ARB в окружающей среде, предмет, который до сих пор в значительной степени игнорировался. Разработанный одноклеточный подход, связывающий феномены устойчивости с геномами, также может быть легко применен к другим экосистемам.
