Согласно новому исследованию, засуха может стать фактором, ускоряющим распространение устойчивых к антибиотикам бактерий в почве. Ученые выявили, что снижение влажности почвы приводит к повышению концентрации природных антибиотиков и, как следствие, стимулирует размножение микроорганизмов, устойчивых к этим веществам. Более того, сопоставление с клиническими данными из 116 стран показало прямую связь между уровнем местной засухи и распространенностью антибиотикорезистентности в больницах. Эти наблюдения открывают новое измерение в понимании того, как глобальное потепление может влиять на здоровье населения.
Хотя многие природные антибиотики были модифицированы и улучшены для создания лекарственных препаратов, почва остается их богатейшим природным резервуаром и продолжает изучаться для разработки новых лекарств. Чтобы выживать в среде, насыщенной антибиотиками, обитающие в почве микроорганизмы выработали механизмы устойчивости к этим соединениям.
Биологи полагают, что механизмы, позволяющие этим микроорганизмам противостоять природным антибиотикам, также делают их устойчивыми и к синтетическим препаратам. Поскольку факторы окружающей среды модулируют давление отбора, оказываемое природными антибиотиками в почве, изменения в уровнях резистентности внутри микробных сообществ могут иметь потенциальные последствия для здоровья человека.
Засуха может стать одним из таких ключевых экологических факторов. При этом из-за изменения климата засухи учащаются и становятся более интенсивными, что создает риски для микробного баланса почвы. Снижая влажность грунта, засуха приводит к концентрации вторичных метаболитов, производимых микроорганизмами, включая природные антибиотики. Это, в свою очередь, усиливает давление отбора на почвенный микробиом, стимулируя появление устойчивых штаммов.
Однако до недавнего времени эти механизмы оставались во многом гипотетическими, а влияние таких стрессовых факторов, как засуха, на микробный баланс почвы было изучено недостаточно. В исследовании, 23 марта в журнале Nature Microbiology, ученые из Калифорнийского технологического института (Caltech) изучили, как именно засуха влияет на выработку природных антибиотиков и развитие устойчивости к ним у микроорганизмов в почве, а также то, как эти процессы могут отражаться на здоровье человека.
«Мы стремились определить, влияет ли засуха на биосинтез антибиотиков и устойчивость к антибиотикам в почвах по всему миру, и в какой степени, используя комбинацию вычислительных и экспериментальных подходов», — пишут авторы работы.
Анализы и эксперименты в новом исследовании были мотивированы предыдущими наблюдениями, которые показывали, например, более высокие концентрации бактерий, производящих антибиотики феназинового ряда, в почвах с более сухой ризосферой (областью, прилегающей к корням растений). Повышенное содержание нескольких антибиотических соединений, таких как стрептомицин, также было зафиксировано в более сухих почвах.
Чтобы подтвердить эти данные, команда Caltech проанализировала пять наборов метагеномных данных из предыдущих исследований, охватывающих микробиомы почв сельскохозяйственных угодий и лугов в Калифорнии (США), леса в кантоне Вале (Швейцария) и водно-болотных угодий в Наньчане (Китай). Ученые оценили изменения количества микробных генов, кодирующих антибиотики и гены устойчивости к антибиотикам, в зависимости от уровня засухи в почве.
Исследователи обнаружили, что количество генов, кодирующих антибиотики, значительно возрастало в условиях засухи во всех пяти проанализированных регионах и типах почв. Эти антибиотики включают, например, бета-лактамы (такие как пенициллин) и макролиды, которые широко используются в медицине для лечения респираторных инфекций и инфекций, передающихся половым путем.
При воссоздании в лабораторных условиях засушливых условий на образцах почвы, характерных для соответствующих регионов, концентрации антибиотиков оказались значительно выше, чем в условиях нормальной влажности. При этом выживаемость бактерий, подвергшихся воздействию этих антибиотиков, снижалась на 99%.
Напротив, бактерии, устойчивые к антибиотикам, включая грамотрицательные штаммы, не продемонстрировали никакого снижения относительной выживаемости даже в условиях засухи. «Мы демонстрируем, что вызванное засухой снижение содержания воды в почве концентрирует природные антибиотики, тем самым усиливая отбор против чувствительных штаммов и способствуя процветанию бактерий, устойчивых к антибиотикам», — пишут исследователи в своей работе.
Чтобы изучить, как выявленная корреляция между засухой и устойчивостью к антибиотикам может влиять на общественное здравоохранение, ученые сопоставили данные о случаях антибиотикорезистентности в больницах 116 стран с местными показателями годового количества осадков и средней температурой.
Команда обнаружила, что более высокий уровень засухи неизменно ассоциировался с большей распространенностью устойчивости к антибиотикам в проанализированных клинических образцах. Эта закономерность сохранялась даже с учетом различий в уровне доходов (которые могут влиять на доступность медицинской помощи) для каждого региона.
Хотя для установления точной причинно-следственной связи необходимы дополнительные исследования, авторы работы подводят итог: «В совокупности наши результаты раскрывают недооцененную связь между климатическими факторами и устойчивостью к антибиотикам».
Согласно новому исследованию, засуха может стать фактором, ускоряющим распространение устойчивых к антибиотикам бактерий в почве. Ученые выявили, что снижение влажности почвы приводит к повышению концентрации природных антибиотиков и, как следствие, стимулирует размножение микроорганизмов, устойчивых к этим веществам. Более того, сопоставление с клиническими данными из 116 стран показало прямую связь между уровнем местной засухи и распространенностью антибиотикорезистентности в больницах. Эти наблюдения открывают новое измерение в понимании того, как глобальное потепление может влиять на здоровье населения.
Хотя многие природные антибиотики были модифицированы и улучшены для создания лекарственных препаратов, почва остается их богатейшим природным резервуаром и продолжает изучаться для разработки новых лекарств. Чтобы выживать в среде, насыщенной антибиотиками, обитающие в почве микроорганизмы выработали механизмы устойчивости к этим соединениям.
Биологи полагают, что механизмы, позволяющие этим микроорганизмам противостоять природным антибиотикам, также делают их устойчивыми и к синтетическим препаратам. Поскольку факторы окружающей среды модулируют давление отбора, оказываемое природными антибиотиками в почве, изменения в уровнях резистентности внутри микробных сообществ могут иметь потенциальные последствия для здоровья человека.
Засуха может стать одним из таких ключевых экологических факторов. При этом из-за изменения климата засухи учащаются и становятся более интенсивными, что создает риски для микробного баланса почвы. Снижая влажность грунта, засуха приводит к концентрации вторичных метаболитов, производимых микроорганизмами, включая природные антибиотики. Это, в свою очередь, усиливает давление отбора на почвенный микробиом, стимулируя появление устойчивых штаммов.
Однако до недавнего времени эти механизмы оставались во многом гипотетическими, а влияние таких стрессовых факторов, как засуха, на микробный баланс почвы было изучено недостаточно. В исследовании, 23 марта в журнале Nature Microbiology, ученые из Калифорнийского технологического института (Caltech) изучили, как именно засуха влияет на выработку природных антибиотиков и развитие устойчивости к ним у микроорганизмов в почве, а также то, как эти процессы могут отражаться на здоровье человека.
«Мы стремились определить, влияет ли засуха на биосинтез антибиотиков и устойчивость к антибиотикам в почвах по всему миру, и в какой степени, используя комбинацию вычислительных и экспериментальных подходов», — пишут авторы работы.
Анализы и эксперименты в новом исследовании были мотивированы предыдущими наблюдениями, которые показывали, например, более высокие концентрации бактерий, производящих антибиотики феназинового ряда, в почвах с более сухой ризосферой (областью, прилегающей к корням растений). Повышенное содержание нескольких антибиотических соединений, таких как стрептомицин, также было зафиксировано в более сухих почвах.
Чтобы подтвердить эти данные, команда Caltech проанализировала пять наборов метагеномных данных из предыдущих исследований, охватывающих микробиомы почв сельскохозяйственных угодий и лугов в Калифорнии (США), леса в кантоне Вале (Швейцария) и водно-болотных угодий в Наньчане (Китай). Ученые оценили изменения количества микробных генов, кодирующих антибиотики и гены устойчивости к антибиотикам, в зависимости от уровня засухи в почве.
Исследователи обнаружили, что количество генов, кодирующих антибиотики, значительно возрастало в условиях засухи во всех пяти проанализированных регионах и типах почв. Эти антибиотики включают, например, бета-лактамы (такие как пенициллин) и макролиды, которые широко используются в медицине для лечения респираторных инфекций и инфекций, передающихся половым путем.
При воссоздании в лабораторных условиях засушливых условий на образцах почвы, характерных для соответствующих регионов, концентрации антибиотиков оказались значительно выше, чем в условиях нормальной влажности. При этом выживаемость бактерий, подвергшихся воздействию этих антибиотиков, снижалась на 99%.
Напротив, бактерии, устойчивые к антибиотикам, включая грамотрицательные штаммы, не продемонстрировали никакого снижения относительной выживаемости даже в условиях засухи. «Мы демонстрируем, что вызванное засухой снижение содержания воды в почве концентрирует природные антибиотики, тем самым усиливая отбор против чувствительных штаммов и способствуя процветанию бактерий, устойчивых к антибиотикам», — пишут исследователи в своей работе.
Чтобы изучить, как выявленная корреляция между засухой и устойчивостью к антибиотикам может влиять на общественное здравоохранение, ученые сопоставили данные о случаях антибиотикорезистентности в больницах 116 стран с местными показателями годового количества осадков и средней температурой.
Команда обнаружила, что более высокий уровень засухи неизменно ассоциировался с большей распространенностью устойчивости к антибиотикам в проанализированных клинических образцах. Эта закономерность сохранялась даже с учетом различий в уровне доходов (которые могут влиять на доступность медицинской помощи) для каждого региона.
Хотя для установления точной причинно-следственной связи необходимы дополнительные исследования, авторы работы подводят итог: «В совокупности наши результаты раскрывают недооцененную связь между климатическими факторами и устойчивостью к антибиотикам».
