Medikamentresistente bakterier utvikler seg til våpen av et antimikrobielt genetisk verktøy

Medikamentresistente bakterier utvikler seg til våpen av et antimikrobielt genetisk verktøy

En medikamentresistent bakteriestamme som har tilpasset seg helsemiljøer de siste årene for å bevæpne et antimikrobielt genetisk verktøy, eliminere søskenbarnene og erstatte dem som den dominerende stammen. Forskere ved University of Pittsburgh School of Medicine gjorde oppdagelsen mens de kjemmet lokale sykehusdata - og bekreftet deretter at det var et globalt fenomen.

Funnet, publisert i dag iNaturlig mikrobiologiKan være drivkraften for nye tilnærminger til å utvikle terapeutiske midler mot noen av verdens dødeligste bakterier. Den validerer også en ny bruk av et system utviklet ved Pitt og UPMC som kombinerer genomisk sekvensering med dataalgoritmer for raskt å oppdage utbrudd av infeksjonssykdommer.

Laboratoriet vårt har et sete på første rad til paraden av patogener som beveger seg gjennom sykehusmiljøet. Og da vi tok et skritt tilbake og zoomet ut, viste det seg raskt at store endringer var på gang med en av verdens vanskeligere bakterier. "

Daria van Tyne, Ph.D.,,Senior forfatter,Førsteamanuensis i medisin ved Pitts avdeling for infeksjonssykdommer

Advanced Healthcare Detection System (EDS-HAS) analyserer de genetiske signaturene til infeksjoner hos pasienter på sykehus og FLAGS-mønstre, slik at klinikere kan gripe inn og stoppe potensielle utbrudd i sanntid. Men hovedforfatter Emma Mills, en doktorgradsstudent i mikrobiologi og immunologi ved Van Tynes laboratorium, innså at Eds-Hat også var en skattekiste av detaljert historisk informasjon som kunne informere henne om utviklingen av bakterier over tid.

Mills fokuserte på vankomycin-resistentEnterococcus faecium(VREFM), såkalt fordi det ikke kan utryddes med det populære antibiotikumet vankomycin. Vrefm dreper omtrent 40 % av menneskene den infiserer, og er en spesiell plage for immunkompromitterte og innlagte pasienter.

Etter å ha analysert genomsekvensene til 710 VREFM-infeksjonsprøver fra sykehuspasienter, fant Mills at mangfoldet av VREFM-stammer varierte fra omtrent åtte ganske jevnt fordelte typer til to dominerende stammer, i 2018, fra slutten av 2022, om fire år, på fire år, på fire år, på fire år.

Ved nærmere undersøkelse fant Mills at de dominerende stammene hadde oppnådd evnen til å produsere et bakteriocin, som er et antimikrobielt middel som bakterier bruker for å drepe eller hemme hverandre. De hadde denne nye evnen til å ødelegge de andre VREFM-stammene med våpen og ga dem ubegrenset tilgang til næringsstoffer for enklere reproduksjon.

Dette vekket Mills nysgjerrighet ytterligere: Hvis dette skjedde på det lokale sykehuset, skjedde det andre steder? Ingen tidligere forskningspublikasjoner hadde undersøkt muligheten for at dette var et globalt fenomen. Derfor konsulterte hun et offentlig tilgjengelig bibliotek med mer enn 15 000 VREFM-genomer samlet inn over hele verden fra 2002 til 2022. Javisst nok, det hun observerte lokalt skjedde også over hele verden.

"Dette var en helt uventet oppdagelse - jeg ble overrasket over å se et så dramatisk signal," sa Mills. "Når disse stammene er i en institusjonell setting som et sykehus og matches mot andre VRE-stammer i en pasients tarm, tar de over.

Van Tyne sa at funnet ikke har noen umiddelbare kliniske implikasjoner - det ser ikke ut til at de bakteriocin-svingende VREFM-ene gjør pasientene sykere enn deres forgjengere. Det kan imidlertid peke på mulige veier for å utvikle nye terapier.

"Mangfoldet i VRE-populasjonen ser ut til å reduseres fra mange forskjellige typer som forårsaker få infeksjoner. Dette betyr at vi snart kan ha bare ett enkelt mål som terapeutika som antibiotika eller fagterapi kan designes for," sa Van Tyne. "Det tyder også på at bakteriokiner er veldig kraftige og at vi kan være i stand til å bevæpne dem til våre egne formål."

Ytterligere forfattere av studien inkluderer Katharine Hewlett, Alexander B. Smith, Ph.D., og Joseph P. Zackular, Ph.D., fra Children's Hospital of Philadelphia; og Marissa P. Griffith, Lora Pless, Ph.D., Alexander J. Sundermann, Dr.Ph, og Lee H. Harrison, MD, fra Pitt.

Denne forskningen ble finansiert av National Institutes of Health Grants R01AI165519, R01AI127472 og R35GM138369.

Kilder: