Мобильные элементы переносят гены резистентности к антибиотикам между свиньями и людьми

Антибиотикорезистентность и связанные с ней гены (antibiotic resistance genes, ARG) представляют собой угрозу здоровью человека в современном мире. Большая часть исследований, посвященных этой теме, сосредоточена на микробиоте кишечника, однако респираторные заболевания заслуживают не меньшего внимания. Заболеваемость растет, а с ней увеличивается и использование антибиотиков. Пока неясно, вызовет ли это рост числа ARG в микробиоте респираторной системы. Также не до конца понятна связь резистома легких и прогрессирования заболеваний дыхательной системы.

У человека сложно отобрать образцы микробиоты легких. Новая работа китайских исследователей была проведена на свиньях. У свиней и людей схожий состав микробиоты легких, и профиль ARG нижних отделов дыхательной системы свиней может многое рассказать о микробиоме человека. При выращивании свиней также в большом количестве используются антибиотики, что приводит к появлению и распространению ARG.

ARG могут передаваться с помощью мобильных генетических элементов. Связь мобилома и резистома до этого в основном изучалась на микробиоте кишечника и микроорганизмах окружающей среды.

В новой работе авторы проанализировали 745 метагеномов нижних отделов дыхательной системы 675 диких и домашних свиней. Всего они идентифицировали 10 337 194 гена. Из них 1228 открытых рамок считывания были связаны с резистентностью к антибиотикам. Они принадлежали к 372 ARG (например, tetQ, tet(39), APH(6)-Id, ANT(6)-Ia) и 24 типам антибиотикорезистентности (например, резистентности к тетрациклину). Исследователи подтвердили, что загрязнение образцов не повлияло на результаты.

Из 372 ARG 205 (55%) давали устойчивость только к одному классу препаратов, 167 (45%) — к двум и более, из них 4% давали устойчивость к макролидам, линкозамидам и стрептограминам. Чаще всего встречалась резистентность к тетрациклину (33%) и аминогликозиду (22%).

Исследователи обнаружили 3016 открытых рамок считывания, принадлежащих 83 мобильным генетическим элементам. Они относились к 23 типам элементов, включая транспозазы, интегразы, плазмиды, IS91, Tn916, istB, istA и qacEdelta. Чаще всего встречались гены транспозазы (79%).

Только 16 ARG встречались на одном контиге с мобильным генетическим элементом. Это может быть связано с небольшой длиной контига (в среднем 1136 п.н., средняя длина бактериального гена — 1000 п.н.). Однако 59 ARG и 25 мобильных генетических элементов значительно коррелировали по своей представленности. При этом 12 ARG, связанных с резистентностью к тетрациклину, были ассоциированы с семейством мобильных элементов Tn916. TnpA, ген транспозазы, был ассоциирован с 20 генами резистентности к различным антибиотикам.

Авторы проанализировали возможность горизонтального переноса ARG с помощью мобильных элементов между бактериями легких и кишечника, а также между бактериями свиньей и человека. Для этого они использовали 500 метагеномов кишечника из предыдущего исследования. В кишечнике чаще встречались мобильные элементы tnpA и Tn916. Семейство Tn916 определялись на тех же контигах, что и tetM (связан с резистентностью к тетрациклину). TnpA встречался вблизи различных ARG.

В образцах человека, полученных с помощью бронхоальвеолярного лаважа, преобладали ARG adeF и мобильный генетический элемент tnpA. Последний был тесно связан с различными ARG, которые также присутствовали в микробиоме кишечника свиней. Связь между Tn916 и tetM была показана и в микробиоме легких людей. Полученные результаты позволяют предположить, что Tn916 и tnpA могут опосредывать горизонтальный перенос ARG между бактериями различных частей тела и между свиньями и людьми. Авторы подтвердили, что свиней можно использовать как модель для изучения горизонтального переноса ARG у человека.

В метагеномах идентифицировали 1018 родов и 1611 видов бактерий. Преобладали протеобактерии (44%) и тенерикуты (31%). Среди патогенов чаще всего встречалась бактерия Mycoplasma hyopneumoniae, которая вызывает хронические заболевания дыхательной системы у свиней. Также встречались Acinetobacter johnsonii и Escherichia coli. ARG чаще всего переносили протеобактерии, у тенерикутов ARG не было.

Количество M. hyopneumoniae было связано со степенью поражения легких. В M. hyopneumoniae не было найдено ARG, также ранее сообщалось, что этот патоген чувствителен ко многим антибиотикам. Однако авторы показали, что мобильные генетические элементы могут переносить факторы вирулентности между различными штаммами, что способствует распространению инфекции.

Таким образом, в работе впервые был получен полный каталог ARG нижних отделов дыхательной системы свиней, а также изучена возможность их горизонтального переноса. Стало понятно, какие бактерии обладают ARG. Авторы предупреждают, что у исследования были и ограничения, такие как небольшая длина контигов.

Дисбиоз кишечника ухудшает исход легочной инфекции