Globale Studie zeigt weit verbreitete latente antimikrobielle Resistenz im Abwasser

Globale Studie zeigt weit verbreitete latente antimikrobielle Resistenz im Abwasser

Ein Forscherteam hat herausgefunden, dass latente antimikrobielle Resistenzen weltweit weiter verbreitet sind als bekannte Resistenzen. Sie fordern eine umfassendere Überwachung der Resistenz im Abwasser, da sich die problematischen Gene der Zukunft möglicherweise im weit verbreiteten Reservoir latenter Resistenzgene verstecken. Die Forschung wurde in Nature Communications veröffentlicht.

Eine Forschergruppe hat 1.240 Abwasserproben aus 351 Städten in 111 verschiedenen Ländern analysiert und herausgefunden, dass bakterielle latente antimikrobielle Resistenzen auf allen Kontinenten der Welt weit verbreitet sind. Die Forschung wurde vom DTU National Food Institute in Dänemark koordiniert. Die untersuchten antimikrobiellen Resistenzgene stellen derzeit kein großes Risiko dar, einige davon dürften aber in Zukunft ein großes Risiko darstellen, so die Forscher, die auf Basis der Studie eine verstärkte Überwachung antimikrobieller Resistenzen im Abwasser empfehlen. Die Forschung wurde in der renommierten Fachzeitschrift Nature Communications veröffentlicht (Link einfügen:

„Die Forschung zeigt, dass wir über ein latentes Reservoir antimikrobieller Resistenzen verfügen, das weltweit weitaus weiter verbreitet ist, als wir erwartet hatten“, sagt die Forscherin Hannah-Marie Martiny, die zusammen mit Associate Professor Patrick Munk vom DTU National Food Institute Erstautorin der Studie ist.

Die Forscher verglichen die geografische Verteilung der latenten und bereits aktiven Antibiotikaresistenzgene (im Folgenden als erworben bezeichnet) und fanden eine weitaus größere geografische Verteilung der latenten Resistenzgene als der erworbenen.

Um zukünftige antimikrobielle Resistenzen einzudämmen, sind wir der Meinung, dass die routinemäßige Überwachung antimikrobieller Resistenzen im Abwasser neben bereits erworbenen Resistenzgenen auch latente Resistenzgene umfassen sollte, um auch den Problemen von morgen Rechnung zu tragen.“

Patrick Munk, außerordentlicher Professor, DTU National Food Institute

In Übereinstimmung mit früheren Untersuchungen zeigt die Studie, dass erworbene Resistenzgene in Subsahara-Afrika, Südasien und den Regionen des Nahen Ostens und Nordafrikas (MENA) in größerer Menge vorhanden sind als in anderen Teilen der Welt.

Hoffnung, eine Pandemie eindämmen zu können

Es ist ganz natürlich, dass Bakterien über Gene verfügen, die sie gegen Antibiotika resistent machen können. Solche Gene kommen überall vor, beispielsweise im Boden, im Wasser und beim Menschen. Allerdings haben unser Einsatz von Antibiotika und andere Umweltbelastungen (siehe Abschnitt „Umweltbelastungen bestimmen antimikrobielle Resistenz“ weiter unten) die Ausbreitung von Resistenzen in einem solchen Ausmaß vorangetrieben, dass die Weltgesundheitsorganisation (WHO) antimikrobielle Resistenzen (AMR) als Pandemie bezeichnet hat (Link einfügen:

Wenn Forscher auf der ganzen Welt das Ausmaß und die Ausbreitung des Problems untersuchen, konzentrieren sie sich typischerweise auf Resistenzgene, die bereits in der Lage sind, zwischen Bakterienwirten zu wechseln. Erworbene Antibiotikaresistenzgene stellen eine echte Herausforderung dar, da sie eine Behandlung von Menschen und Tieren mit Antibiotika erschweren oder unmöglich machen.

Eine erweiterte Überwachung würde Hoffnung geben, dass Forscher feststellen können, wo und wie antimikrobielle Resistenzen entstehen und sich ausbreiten, und dass sie die Ökologie der Gene kartieren können.

„Indem wir sowohl erworbene als auch latente antimikrobielle Resistenzgene verfolgen, können wir einen umfassenden Überblick darüber gewinnen, wie sie sich entwickeln, Wirte wechseln und sich in unserer Umwelt ausbreiten, und dadurch gezieltere Maßnahmen gegen antimikrobielle Resistenzen (AMR) ergreifen. Abwasser ist eine praktische und ethische Möglichkeit, AMR zu überwachen, da es Abfälle von Menschen, Tieren und der unmittelbaren Umgebung ansammelt“, sagt Hannah-Marie Martiny

Die Studie zeigt auch, dass weltweit mehr latente Resistenzgene verbreitet sind als erworbene Resistenzgene. Nur in Afrika südlich der Sahara gibt es jeweils die gleiche Anzahl.

„Generell denke ich nicht, dass wir uns über die meisten latenten antimikrobiellen Resistenzgene zu viele Sorgen machen müssen, aber ich glaube, dass einige von ihnen irgendwann Probleme verursachen werden, und wir würden gerne wissen, welche. Denn mit diesem Wissen können wir vielleicht vorhersagen, welche Bakterien in Zukunft durch welche Medikamente gestoppt werden können“, sagt Hannah-Marie Martiny; Eine Ansicht, die auch Patrick Munk teilt.

„Wenn neue Antibiotika entwickelt werden – ein Prozess, der viele Jahre dauert – haben Bakterien möglicherweise bereits neue ‚Scheren‘ erfunden, die sie zerstören können. Wenn wir beide Arten von Genen im Laufe der Zeit untersuchen können, können wir möglicherweise herausfinden, welche der latenten Gene zu problematischen Resistenzgenen werden, wie sie entstehen und wie sie sich über die Region und Bakterien verbreiten, und auf diese Weise die Belastung durch antimikrobielle Resistenzen verringern“, sagt Patrick Munk.

Latente Antibiotikaresistenz mithilfe funktioneller Metagenomik kartiert

Es gibt verschiedene Möglichkeiten, um zu testen, ob Gene Resistenz gegen Antibiotika verleihen, sowohl durch KI-basierte Vorhersagen als auch durch Laborexperimente. Computervorhersagen sind jedoch mit einer gewissen Unsicherheit verbunden, die auch die Interpretation der Ergebnisse verzerren kann.

Latente Resistenzgene werden identifiziert, indem DNA aus einer Probe extrahiert und anschließend zufällige DNA-Fragmente getestet werden, um festzustellen, ob sie eine antimikrobielle Resistenz verleihen können. Die Methode nennt sich funktionelle Metagenomik und beinhaltet die Einfügung von DNA-Fragmenten in ein harmloses Bakterium. Die überlebenden Bakterien müssen ein Stück DNA erhalten haben, das für Resistenz sorgt. Dies bedeutet nicht unbedingt, dass sich das DNA-Fragment auf natürliche Weise zwischen Bakterien in der Umwelt bewegen kann.

Der Unterschied zwischen latenten Resistenzgenen und erworbenen Resistenzgenen besteht genau darin, dass erworbene Resistenzgene bekanntermaßen in der Lage sind, auf neue bakterielle Wirte zu springen, während latente Resistenzgene im Labor auf neue bakterielle Wirte überspringen können. Forscher wissen jedoch noch nicht, ob ihnen dies irgendwann auch in der Umwelt gelingen wird.

„Unsere Sorge ist, dass einige latente Resistenzgene zu erworbenen Resistenzgenen werden und so in der Lage sind, auf verschiedene Bakterienwirte in der Umwelt zu springen. Vor allem, weil die Forschung auch zeigt, dass sie an so vielen Orten auf der Welt in großer Zahl vorhanden sind. Deshalb würden wir sie gerne in die Überwachung einbeziehen“, sagt Patrick Munk.

Inwieweit sich latente Resistenzgene zu problematischen erworbenen Resistenzgenen entwickeln, wissen die Forscher noch nicht. Eine umfassende Überwachung sowohl latenter als auch erworbener Resistenzgene wird zur Beantwortung dieser Frage beitragen.

Kann die Behandlung von Infektionskrankheiten verhindern

Die klassische Art und Weise, wie die Gesellschaft auf erworbene Resistenzgene aufmerksam wird, sind Infektionskrankheiten, die aufgrund von Resistenzen nicht mit Antibiotika behandelt werden können. Am DTU National Food Institute gibt es eine große Sammlung von Resistenzgenen (Link einfügen:), die von Ärzten und Forschern weltweit verwendet wird, wenn sie feststellen müssen, ob ein Bakterium antimikrobiell resistent ist. In der vorliegenden Studie wurde das Vorkommen aller verschiedenen Resistenzgene in den Abwasserproben quantifiziert, um ihre geografische und ökologische Verteilung zu bestimmen.

Umweltbelastungen bestimmen die antimikrobielle Resistenz

Die Umwelt fungiert als Schiedsrichter in einem ständigen Eliminierungswettlauf, wenn es um resistente Bakterien geht. Wenn Antibiotika vorhanden sind, sterben zuerst die anfälligen Bakterien ab. Die wenigen Bakterien, die zunächst ein Resistenzgen tragen, überleben und vermehren sich. Folgende Faktoren in der Umwelt beeinflussen beispielsweise, welche Bakterien absterben und welche überleben:

• Rückstände von Antibiotika in der Umwelt (aus Krankenhäusern, der Landwirtschaft, Abwasser) hemmen oder töten anfällige Bakterien und verschaffen resistenten Bakterien einen Vorteil, da sie sich leichter verbreiten können.
• Desinfektionsmittel und Biozide können bei wiederholter oder längerer Einwirkung Bakterien selektieren, die diese Mittel vertragen. Diese Bakterien tragen oft auch Gene, die eine antimikrobielle Resistenz verleihen.

Quellen: