Wetenschappers van A*STAR's Genome Institute of Singapore (GIS) hebben ontdekt hoe Carbapenemase-producerende Enterobacteriaceae (CPE) - een multiresistente bacterie - zich verbergt tussen darmbacteriële gemeenschappen in asymptomatische menselijke dragers. De studie is gepubliceerd in Nature Microbiology .

Langdurige kolonisatie van het darmmicrobioom door CPE, een familie van bacteriën die resistent is tegen de meeste antibiotica, is een groeiend gebied van bezorgdheid voor de volksgezondheid, omdat het kan leiden tot overdracht door de gemeenschap en levensbedreigende CPE-infecties. Individuen kunnen kolonisatie van CPE-bacteriën ervaren (bijv. E. coli of K. pneumoniae) door contact met besmette oppervlakken of consumptie van besmet voedsel; langdurige consumptie van antibiotica kan ook een risicofactor zijn voor kolonisatie. Sommige personen kunnen CPE-infecties ontwikkelen en de behandeling omvat vaak het gebruik van verschillende antibiotica als "laatste redmiddel". In sommige ernstige gevallen leiden mislukte behandelingen tot een hoog sterftecijfer (tot 50%) bij gehospitaliseerde patiënten.

Een plaats waar wetenschappers geloven dat CPE zich verbergt, is in de menselijke darm, die het asymptomatisch koloniseert en gemaskeerd wordt door de biljoenen goede bacteriën daar, wachtend op de mogelijkheid om infecties te veroorzaken of door te geven aan andere individuen.

Om de effecten van CPE-kolonisatie en daaropvolgende dekolonisatie op het darmmicrobioom te bestuderen, heeft het team gedurende een jaar samengewerkt met Tan Tock Seng Hospital (TTSH) om het darmmicrobioom van CPE-positieve proefpersonen en hun familieleden te onderzoeken.

Ze volgden de darmbacteriën door hun metagenomische DNA-handtekeningen te analyseren en ontdekten dat CPE niet helemaal stil is in de darm. Het team ontdekte dat CPE-kolonisatie veelbetekenende sporen achterlaat door belangrijke bacteriën uit te putten waarvan de functies zijn gekoppeld aan het behoud van de darmgezondheid door ontstekingen onder controle te houden.

Het team ontdekte ook dat CPE-kolonisatie dynamisch was en mogelijk zou kunnen leiden tot de uitwisseling van genetische elementen die antibioticaresistentie verlenen aan bacteriesoorten.

Door de volledige genoomsequenties van CPE-stammen te analyseren, vonden ze mutaties in belangrijke functionele genen en verschillen in antibioticaresistentieprofielen tussen zeer vergelijkbare Escherichia coli (E. coli) en Klebsiella pneumoniae (K. pneumoniae) stammen die zouden kunnen verklaren waarom CPE in staat is om zich met succes in de darm te verbergen. Het opnieuw in evenwicht brengen van darmbacteriën, met name in termen van belangrijke soorten die darmontsteking moduleren, zou een manier kunnen zijn om CPE-dekolonisatie te bevorderen en verdere overdracht van antibioticaresistentie te voorkomen.

Dr. Niranjan Nagarajan, groepsleider van het Laboratory of Metagenomic Technologies and Microbial Systems en Associate Director of Genome Architecture bij GIS, evenals corresponderende auteur van de studie, zegt dat "antimicrobiële resistentie een grote uitdaging voor de volksgezondheid is met een grote impact op gezondheidszorgsystemen in Singapore. Onze studie werpt licht op een belangrijk fenomeen dat van belang is voor clinici op het gebied van infectieziekten over de hele wereld."

"CPE is bijzonder zorgwekkend in termen van antimicrobiële resistentie, omdat ze de resistentiegenen op mobiele elementen dragen die tussen bacteriën kunnen worden uitgewisseld, waardoor snel superbacteriën worden gemaakt van verder onschadelijke bacteriën. Ze zijn als dodelijke moordenaars die zich in het volle zicht verstoppen tussen darmbacteriën. Toch , hun aanwezigheid blijft niet onopgemerkt door de darmbacteriële menigte, en misschien is de sleutel om ze te elimineren het benutten van de kracht van de menigte."

Dr. Jonathan Teo Jin Yuan, Research Fellow bij het Laboratory of Metagenomic Technologies and Microbial Systems in GIS, en gezamenlijke eerste auteur van de studie, zegt dat "voorgaande studies over CPE grotendeels gericht waren op de epidemiologie en moleculaire aspecten van de infectie, maar de natuurlijke geschiedenis van CPE-darmkolonisatie is onontgonnen gebleven. Onze studie was uniek omdat het een jaar lang werd gevolgd met CPE-gekoloniseerde patiënten en hun familieleden, waardoor we veranderingen in hun darmbacteriële gemeenschappen konden volgen."

"We hebben geavanceerde metagenomische technologieën gebruikt om de genetica van hun darmbacteriën diepgaand te onderzoeken, de veranderingen op het hele genoomniveau te volgen en vervolgens te analyseren hoe hun darmbacteriële gemeenschappen evolueerden in relatie tot kolonisatie door CPE."

Prof Patrick Tan, uitvoerend directeur van GIS, zegt dat "antimicrobiële resistentie vaak wordt genoemd als de volgende pandemische dreiging die de gezondheidszorgsystemen wereldwijd zou kunnen overweldigen. Van de zorgwekkende organismen staat CPE bijna bovenaan de lijst vanwege hun vermogen om antibioticaresistentie over te dragen en de menselijke darm te koloniseren, zelfs bij afwezigheid van openlijke infectie en antibioticagebruik."

"Door CPE-darmkolonisatie te bestuderen met behulp van geavanceerde genomische hulpmiddelen, konden we belangrijke inzichten ontdekken die ons konden helpen de darmkolonisatie te verminderen, de verspreiding van deze pathogenen te voorkomen en zo onze gemeenschap en gezondheidszorgsystemen te beschermen." + Verder verkennen

Bacteriële virussen:trouwe bondgenoten tegen antibioticaresistentie