Läkemedelsresistenta bakterier utvecklas till vapen av ett antimikrobiellt genetiskt verktyg

Läkemedelsresistenta bakterier utvecklas till vapen av ett antimikrobiellt genetiskt verktyg

En läkemedelsresistent bakteriestam som har anpassat sig till hälsomiljöer de senaste åren för att beväpna ett antimikrobiellt genetiskt verktyg, eliminera dess kusiner och ersätta dem som den dominerande stammen. Forskare vid University of Pittsburgh School of Medicine gjorde upptäckten medan de kammade lokala sjukhusdata - och bekräftade sedan att det var ett globalt fenomen.

Fyndet, publicerat idag iNaturlig mikrobiologiKan vara drivkraften för nya metoder för att utveckla läkemedel mot några av världens dödligaste bakterier. Den validerar också en ny användning av ett system utvecklat vid Pitt och UPMC som kombinerar genomisk sekvensering med datoralgoritmer för att snabbt upptäcka utbrott av infektionssjukdomar.

Vårt labb har en plats på första raden till paraden av patogener som rör sig genom sjukhusmiljön. Och när vi tog ett steg tillbaka och zoomade ut visade det sig snabbt att stora förändringar var på gång med en av världens svårare bakterier. "

Daria van Tyne, Ph.D.,,Senior författare,Docent i medicin vid Pitts avdelning för infektionssjukdomar

Advanced Healthcare Detection System (EDS-HAS) analyserar de genetiska signaturerna av infektioner hos inlagda patienter och FLAGS-mönster, vilket gör att läkare kan ingripa och stoppa potentiella utbrott i realtid. Men huvudförfattaren Emma Mills, doktorand i mikrobiologi och immunologi i Van Tynes labb, insåg att Eds-Hat också var en skattkammare av detaljerad historisk information som kunde informera henne om utvecklingen av bakterier över tiden.

Mills fokuserade på vankomycin-resistentEnterococcus faecium(VREFM), så kallad eftersom det inte kan utrotas med det populära antibiotikumet vankomycin. Vrefm dödar cirka 40 % av de människor som den infekterar och är en särskild pest för immunförsvagade och inlagda patienter.

Efter att ha analyserat genomsekvenserna av 710 VREFM-infektionsprover från sjukhuspatienter fann Mills att mångfalden av VREFM-stammar varierade från cirka åtta ganska jämnt fördelade typer till två dominerande stammar, 2018, från slutet av 2022, om fyra år, om fyra år, om fyra år, om fyra år.

Vid närmare inspektion fann Mills att de dominerande stammarna hade förvärvat förmågan att producera ett bakteriocin, vilket är ett antimikrobiellt medel som bakterier använder för att döda eller hämma varandra. De hade denna nya förmåga att förstöra de andra VREFM-stammarna med vapen och försåg dem med obegränsad tillgång till näringsämnen för enklare reproduktion.

Detta väckte Mills nyfikenhet ytterligare: om detta hände på det lokala sjukhuset, hände det någon annanstans? Inga tidigare forskningspublikationer hade undersökt möjligheten att detta var ett globalt fenomen. Därför konsulterade hon ett allmänt tillgängligt bibliotek med mer än 15 000 VREFM-genom som samlats in över hela världen från 2002 till 2022. Visst nog, det hon observerade lokalt hände också över hela världen.

"Detta var en helt oväntad upptäckt - jag blev förvånad över att se en så dramatisk signal," sa Mills. "När dessa stammar är i en institutionell miljö som ett sjukhus och matchas mot andra VRE-stammar i en patients tarm, tar de över.

Van Tyne sa att fyndet inte har några omedelbara kliniska implikationer - det verkar inte som om de bakteriocin-svingande VREFMs gör patienterna sjukare än sina föregångare. Det kan dock peka på möjliga vägar för att utveckla nya terapier.

"Mångfalden av VRE-populationen verkar minska från många olika typer som orsakar få infektioner. Detta betyder att vi snart kan ha bara ett enda mål för vilket terapeutika som antibiotika eller fagterapi kan utformas", säger Van Tyne. "Det tyder också på att bakteriokiner är mycket kraftfulla och att vi kanske kan beväpna dem för våra egna syften."

Ytterligare författare till studien inkluderar Katharine Hewlett, Alexander B. Smith, Ph.D., och Joseph P. Zackular, Ph.D., från Children's Hospital of Philadelphia; och Marissa P. Griffith, Lora Pless, Ph.D., Alexander J. Sundermann, Dr.Ph, och Lee H. Harrison, MD, från Pitt.

Denna forskning finansierades av National Institutes of Health Grants R01AI165519, R01AI127472 och R35GM138369.

Källor: